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ENZIMAS
ENZIMAS
OBJETIVOS
-Conocer las unidades moleculares básicas que componen los ácidos nucleicos.
- Identificar los tipos de ácidos nucleicos y conocer las principales diferencias existentes
entre estas moléculas. os.
- Conocer cómo se efectúa el proceso de replicación o duplicación de uno de los ácidos
nucleicos, el ADN.
MENTALIDAD INTERNACIONAL
Un estudio español (CSIC) ha descubierto la estructura del ácido arabino-nucleico, un
polímero artificial de doble hélice similar al ADN, capaz de contener y transmitir
información genética, que podría emplearse para desarrollar nuevos fármacos.
TDC
Las secuencias altamente repetitivas fueron una vez categorizadas como
“ADN basura”, ya que existía una considerable presunción de que no tenían ninguna
función. ¿En qué grado afectan las “etiquetas” y categorías usadas en la búsqueda del
conocimiento a esos mismos conocimientos que obtenemos?
ENZIMAS
• SON PROTEÍNAS, QUE CATALIZAN REACCIONES QUÍMICAS
NECESARIAS PARA LA SOBREVIVENCIA CELULAR.
• ACELERAN LAS REACCIONES QUÍMICAS AUMENTANDO LA
FRECUENCIA DE COLISIONES Y DISMINUYENDO LA (ENERGÍA DE
ACTIVACIÓN)
PROPIEDADES GENERALES
• AUMENTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN
• DE 106 A 1012 VECES VS SIN ENZIMA.
• AÚN MÁS RÁPIDO QUE LOS CATALIZADORES QUÍMICOS.
• CONDICIONES DE REACCIÓN
• TEMPERATURA 25-40 OC (ALGUNAS HASTA 75 OC)
• PH NEUTRO (5-9), LA MAYORÍA 6.5 – 7.5
• PRESIÓN ATMOSFÉRICA NORMAL
• CAPACIDAD DE REGULACIÓN
•
•
•
•
POR CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO
POR CONCENTRACIÓN DE ENZIMA
POR INHIBIDORES COMPETITIVOS (SEMEJANTES AL SUSTRATO)
POR INHIBIDORES NO COMPETITIVOS (MODIFICACIÓN COVALENTE DE LA
ENZIMA)
• POR REGULACIÓN ALOSTÉRICA
• ALTA ESPECIFICIDAD DE REACCIÓN
• INTERACCIÓN ESTEREOESPECÍFICA CON EL SUSTRATO
• NO HAY PRODUCTOS COLATERALES
ENZIMAS
• COMO CATALIZADORES LAS ENZIMAS SON ESPECIFICAS,
CADA ENZIMA SOLO AFECTARA A SUS SUSTRATOS
ESPECÍFICOS , LA ESPECIFICIDAD DE LAS ENZIMAS SE
DEBE A SU ESTRUCTURA GENERAL
• LAS ENZIMAS SON MUY EFICIENTES, EN OPTIMAS
CONDICIONES CATALIZAN REACCIONES CON (V) ENTRE
108 Y 1010 VECES
COMPONENTES DE UNA ENZIMA
• ALGUNAS TOTALMENTE POR PROTEÍNAS
• OTRAS POR PARTE PROTEICA Y COMPONENTE NO PROTEICO
(APOENZIMA) Y (COFACTOR) , JUNTAS CONFORMAN LA
(HOLOENZIMA)
MECANISMOS DE ACCIÓN ENZIMÁTICA
1.
EL SUSTRATO HACE CONTACTO CON EL CENTRO O SITIO ACTIVO.
2.
SE FORMA UN COMPLEJO INTERMEDIO LLAMADO ENZIMA-SUSTRATO.
3.
LA MOLÉCULA DE SUSTRATO SE TRANSFORMA POR REORGANIZACIÓN
DE LOS ÁTOMOS, POR ROTURA, O POR COMBINACIÓN DE VARIAS
MOLÉCULAS DE SUSTRATO.
4. EL SUSTRATO TRANSFORMADO ,LOS PRODUCTOS DE REACCIÓN, SE
LIBERAN DE LA MOLÉCULA DE ENZIMA.
5. LA ENZIMA, AHORA LIBRE, PUEDE REACCIONAR CON OTRAS MOLÉCULAS
DE SUSTRATO.
Estructura
• EN LAS PROTEÍNAS CONJUGADAS PODEMOS DISTINGUIR
DOS PARTES:
• APOENZIMA: ES LA PARTE POLI PEPTÍDICA DE LA ENZIMA.
• COFACTOR: ES LA PARTE NO PROTEICA DE LA ENZIMA.
• LA COMBINACIÓN DE LA APOENZIMA Y EL COFACTOR
FORMAN LA HOLOENZIMA.
• LOS COFACTORES PUEDEN SER:
• *IONES METÁLICOS: FAVORECEN LA ACTIVIDAD
CATALÍTICA GENERAL DE LA ENZIMA, SI NO ESTÁN
PRESENTES, LA ENZIMA NO ACTÚA. ESTOS IONES
METÁLICOS SE DENOMINAN ACTIVADORES. EJEMPLOS:
FE2+, MG2+, CU2+, K+, NA+ Y ZN2+
• *LA MAYORÍA DE LOS OTROS COFACTORES SON
COENZIMAS LAS CUALES GENERALMENTE SON
COMPUESTOS ORGÁNICOS DE BAJO PESO MOLECULAR,
POR EJEMPLO, LAS VITAMINAS DEL COMPLEJO “B” SON
COENZIMAS QUE SE REQUIEREN PARA UNA
RESPIRACIÓN CELULAR ADECUADA.
CLASIFICACIÓN DE ENZIMAS
Tipo de enzimas
Actividad
Hidrolasas
Catalizan reacciones de hidrólisis. Rompen las biomoléculas
con moléculas de agua. A este tipo pertenecen las enzimas
digestivas.
Isomerasas
Catalizan las reacciones en las cuales un isómero se
transforma en otro, es decir, reacciones de isomerización.
Ligasas
Catalizan la unión de moléculas.
Liasas
Catalizan las reacciones de adición de enlaces o
eliminación, para producir dobles enlaces.
Catalizan reacciones de óxido-reducción. Facilitan la
Oxidorreductasas transferencia de electrones de una molécula a otra.
Ejemplo; la glucosa, oxidasa cataliza la oxidación de
glucosa a ácido glucónico.
Tansferasas
Catalizan la transferencia de un grupo de una sustancia a
otra. Ejemplo: la transmetilasa es una enzima que cataliza
la transferencia de un grupo metilo de una molécula a otra.
MECANISMO DE ACTIVIDAD ENZIMATICA
FACTORES QUE AFECTAN LA
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
 TEMPERATURA: LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA SE INCREMENTA AL
AUMENTAR LA TEMPERATURA, HASTA QUE LA ENZIMA SE
DESNATURALIZA.
 PH: EN ESTE CASO LA ENZIMA ES MAS ACTIVA ALREDEDOR DE PH 6.
 CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO: AL AUMENTAR LA CONCENTRACIÓN
DE SUSTRATO, LA VELOCIDAD DE REACCIÓN SE INCREMENTA, HASTA
QUE SE OCUPAN TODOS LOS CENTRO ACTIVOS.
 INHIBIDORES: COMPETIVOS Y NO COMPETITIVOS
FUNCIONES DE LAS ENZIMAS
ANIMALES
 RESPIRACIÓN
 CIRCULACIÓN
PLANTAS
FOTOSÍNTESIS
 DIGESTIÓN
FIJACIÓN DEL NITRÓGENO
 NUTRICIÓN
DESAMINACIÓN
 IMPULSOS ELÉCTRICOS
 CONTRACCIONES MUSCULARES
 EXCRECIÓN
CRECIMIENTO
CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS
• LA TASA DE ACCIÓN ENZIMÁTICA ES DEPENDIENTE DEL Nº DE
MOLÉCULAS DE SUSTRATO PRESENTES
Tasa de reacción(M)
Vmax = Tasa de reacción máxima
Vmax alcanzada cuando
todos los sitios activo se
llenan.
Algunos sitios activos
libres a bajas
concentraciones de
Sustrato
Concentración de Sustrato
¿POR QUÉ LOS CIENTÍFICOS MIDEN LA TASA
INICIAL DE LAS REACCIONES CATALIZADAS POR
ENZIMAS?
Tasa de reacción (M)
Tasa inicial de la reacción
Ellos miden la tasa al
inicio de la reacción
antes de que ciertos
factores, por ej. la
concentración de
Sustrato, hayan tenido
tiempo de cambiar.
Variable independiente
LAS ENZIMAS SE DESNATURALIZAN A 60OC
Tasa de reacción
Temperatura óptima
La Enzima se
desnaturaliza y pierde su
capacidad catalítica
La tasa de
duplica cada
10oC
Temperatura
Algunas bacteria termófilas tienen ENZIMAS con Tº óptimas de
85oC
EL PH AFECTA LA FORMACIÓN DE PUENTES DE H Y DE S EN
LAS PROTEÍNAS Y ASÍ AFECTAN A SU FORMA.
tripsina
colinesterasa
Tasa de reacción (M)
pepsina
2
4
6
pH
8
10
ÁCIDOS NUCLEICOS
ACIDOS NUCLEICOS
•
•
•
LOS ÁCIDOS NUCLEICOS SON
RESULTAN DE LA POLIMERIZACIÓN
DENOMINADOS NUCLEÓTIDOS.
MOLÉCULAS QUE
DE MONÓMEROS
SE ENCUENTRA EN TODO TIPO DE CÉLULA.
EL HOMBRE LO MISMO QUE CUALQUIER OTRO SER VIVO
SINTETIZA SUS PROPIOS ÁCIDOS NUCLEICOS POR LO
QUE NINGUNO RESULTA SER ESENCIAL.
• LO INGERIMOS EN ALIMENTOS QUE CONTIENEN
CÉLULAS
(CARNES,
PESCADO,
FRUTA,
VERDURAS).
• LA INFORMACIÓN GENÉTICA ESTÁ CONTENIDA EN
LOS 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.
•
LOS VIRUS PRESENTAN ADN O ARN
FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
• ALMACENAR Y TRANSMITIR INFORMACIÓN GENÉTICA.
• MANTIENEN LA IDENTIDAD DE LAS ESPECIES.
• MANTIENEN LAS DIFERENCIAS INDIVIDUALES DENTRO DE LA
ESPECIE Y UN INDIVIDUO NO ES EXACTAMENTE IGUAL A OTRO
DE SU MISMA ESPECIE.
•
RESPONSABLES DE LA DIFERENCIACIÓN DE TEJIDOS Y
CÉLULAS DENTRO DEL ORGANISMO. (ESTRUCTURA Y FUNCIÓN
DETERMINADA POR LA EXPRESIÓN SELECTIVA DE CIERTOS
GENES).
• REALIZAN LA SÍNTESIS PROTEICA.
COMPOSICIÓN DE LOS NUCLEÓTIDOS
UN NUCLEÓTIDO ESTÁ FORMADO POR LA UNIÓN DE:
UNA PENTOSA
• Ribosa
• Desoxirribosa
UNA BASE
NITROGENADA
• Púricas (Adenina y Guanina).
• Pirimidínicas (Timina, Citosina,
Uracilo).
GRUPO FOSFATO
Tienen importancia biológica en forma libre los nucleótidos de:
AMPc, ADP, ATP.
Están formados por la unión de bioelementos tales como: C ,H ,O, N, P
¿CUALES SON?
Los Ácidos nucleídos están representados por:
ADN
ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICOS :
SON LOS ALMACENADORES DE LA
INFORMACIÓN BIOLÓGICA
ARN
ACIDO RIBONUCLEICO: ACTÚAN COMO
TRANSMISORES
DE
DICHA
INFORMACIÓN
(ARN
MENSAJERO),
COMO
COMPONENTES
DE
LOS
RIBOSOMAS (ARN RIBOSÓMICO) O
COMO
TRANSFERIDORES
DE
AMINOÁCIDOS
(ARN
DE
TRANSFERENCIA).
ÁCIDOS NUCLEICOS
DNA (ácido desoxirribonucleico)
RNA (ácido ribonucleico)
- Ácido fosfórico
- Pentosa (ribosa o desoxirribosa)
- Bases nitrogenadas
Ácidos nucleicos
Concepto
Químicamente, los ácidos nucleicos son polímeros constituidos por la unión
mediante enlaces químicos de unidades menores llamadas nucleótidos.
Los ácidos nucleicos son compuestos de elevado peso molecular, esto es,
son macromoléculas.
Ácidos nucleicos
Funciones
Entre las funciones más importantes de las proteínas se
consideran:
1. Los ácidos nucleicos, llamados así porque en un principio fueron localizados
en el núcleo celular, son las moléculas de la herencia
2. Van a participar en los mecanismos mediante los cuales la información
genética se almacena, replica y transcribe.
3. La de servir de intermediarios en las transferencias de energía en las células
1. ATP,
2. ADP
3. y otros
4. O en las transferencias de electrones
1. NAD+
2. NADP+
3. FAD, etc
Nucleótidos
Los nucleótidos están formados por: una base nitrogenada (BN), un azúcar
(A) y ácido fosfórico (P); unidos en el siguiente orden: PABN
NH2
N
N
O
-
O P O CH2
O-
N
O
H
H
OH
OH
N
H
Pentosa
Fosfato
Base
Nucleósido
Nucleótido
Nucleótidos
LAS BASES NITROGENADAS
Son sustancias derivadas de dos compuestos químicos: la purina y la
pirimidina.
Las que derivan de la purina son las bases púricas y las que derivan de la
pirimidina se llaman bases pirimidinicas..
Nucleótidos
LAS BASES NITROGENADAS
En los nucleótidos vamos a encontrar, normalmente,
dos base púricas: la adenina (A) y la guanina (G).
Las que derivan de la pirimidina se llaman
pirimidínicas. Tres son las bases pirimidínicas
presentes en los ácidos nucleicos: la citosina (C), la
timina (T) y el uracilo (U).
En ciertos casos, aunque esto pasa muy raramente, pueden encontrarse en los ácidos
nucleicos otras bases diferentes de estas cinco, por lo general derivados metilados de
ellas
Nucleótidos
EL AZÚCAR (GLÚCIDO).
El azúcar que interviene en los
nucleótidos puede ser o la ribosa
(R) o la desoxirribosa (dR).
Ambas son aldopentosas y las
encontraremos en los nucleótidos
como ß furanosas.
Nucleótidos
LOS NUCLEÓSIDOS
El azúcar y la base nitrogenada se
unen entre sí como se indica en las
figuras formando un nucleósido. El
enlace se forma entre el carbono
anomérico del azúcar y uno de los
nitrógenos de la base nitrogenada,
en concreto, el indicado en las
figuras.
En la unión se forma una molécula
de agua. Este enlace recibe el
nombre de enlace N-glicosídico.
Nucleótidos
ESTRUCTURA DE LOS NUCLEÓTIDOS
Los nucleótidos son los monómeros
que constituyen los ácidos
nucleicos. Se forman cuando se
unen el ácido fosfórico y un
nucleósido. Es una unión fosfoéster
entre un OH del ácido fosfórico y el
OH situado en el carbono 5 del
azúcar, con formación de una
molécula de agua.
Según el azúcar sea la ribosa o la
desoxirribosa, tendremos
ribonucleótidos o
desoxirribonucleótidos.
La timina nunca forma parte de los
ribonucleótidos y el uracilo no forma
parte de los desoxirribonucleótidos .
Nucleótidos
Nucleótidos de interés biológico
1. Nucleótidos que intervienen en las transferencias de energía:
- AMP (adenosina-5'-monofosfato)
- ADP (adenosina-5'-difosfato)
- ATP (adenosina-5'-trifosfato)
- GDP (guanosidina-5'-difosfato)
- GTP (guanosidina-5'-trifosfato)
2. Nucleótidos que intervienen en los procesos de óxidoreducción.
- NAD+ /NADH (Nicotinamida-adenina-dinucleótido) oxidado y
reducido, respectivamente.
- NADP+ /NADPH (Nicotinamida-adenina-dinucleótido-fosfato),
oxidado y reducido.
- FAD/FADH2 (Flavina-adenina-dinucleótido), oxidado y reducido.
3. Nucleótidos reguladores de procesos metabólicos.
- AMPc (adenosina-3',5'-monofosfato) o AMP cíclico,
Polinucleótidos
NH2
N
O P O CH2
O
N
O
-
N
N
NH2
N
N
O
OH
O P O CH2
O
-
N
O
N
NH2
N
N
O
OH
O P O CH2
O
-
O
O
N
N
Dos nucleótidos van a
poder unirse entre sí
mediante un enlace
ésterfosfato (fosfoéster).
Este enlace se forma entre
un OH del ácido fosfórico
de un nucleótido y el OH
(hidroxilo) del carbono
número 3 del azúcar del
otro nucleótido con
formación de una molécula
de agua. La unión de otros
nucleótidos dará lugar a un
polinucleótido
OH
Toda cadena podrá considerarse bien en sentido 3'5' o en sentido 5' 3' y así
habrá que indicarlo
ATP
ESTRUCTURA
El trifosfato de adenosina (ATP) o adenosín trifosfato es una molécula que
consta de una purina (adenina), un azúcar (ribosa), y tres grupos fosfato.
ATP
FUNCION
Impulsa reacciones transmitiendo grupos fosfato. Si el aceptor fuera el agua, la
reacción de hidrólisis sería:
ATP + H2O  ADP + Pi
ATP + H2O  AMP + Pi + pirofosfato
1. Reacciones acopladas.
2. Reacciones de transferencia de fosfatos. Concepto de potencial de
transferencia de fosfato.
3. Concepto de carga energética.
La liberación de dos grupos fosfatos del ATP por la enzima adenilato ciclasa forma AMP
(monofosfato de adenosina), un nucleótido que forma parte de los ácidos nucleicos o el
material del ADN. Esta enzima es importante en muchas de las reacciones del organismo.
Una forma de AMP llamada AMP cíclico originado por la acción de esta participa en la
actividad de muchas hormonas, como la adrenalina y la ACTH.
Las plantas producen ATP utilizando directamente la energía solar en un proceso denominado
fotosíntesis.
ADN
Composición química
Químicamente son polinucleótidos constituidos por d-AMP,
d-GMP, d-CMP y d- TMP. Los nucleótidos del ADN no
tienen ni uracilo, ni ribosa, como ya se ha dicho
Tienen una elevada masa molecular, muchos
millones de daltons.
Se encuentra en el núcleo de las células
eucariotas asociado a proteínas (histonas y
otras) formando la cromatina, sustancia que
constituye los cromosomas y a partir de la cual
se transcribe la información genética. También
hay ADN en ciertos orgánulos celulares (por
ejemplo: plastos y mitocondrias).
ADN
Localización
El ADN se encuentra exclusivamente en el núcleo de las células eucariotas
aunque también se encuentra en mitocondrias, cloroplastos y centriolos. En el
genoma (conjunto integral y secuenciado del ADN) humano se estima que hay
aproximadamente 50.000 ó más genes. Los genes son trozos funcionales de
ADN compuestos a su vez de1.000 hasta 200.000 unidades c/u llamadas
nucleótidos.
En las células procarióticas se encuentra en el citoplasma, en la denominada
zona nuclear.
ADN
Niveles estructurales
Se pueden distinguir 3 niveles estructurales:
Estructura primaria: La secuencia de los
nucleótidos.
Es la secuencia de nucleótidos de una cadena o
hebra. Es decir, la estructura primaria del ADN
viene determinada por el orden de los
nucleótidos en la hebra o cadena de la
molécula. Para indicar la secuencia de una
cadena de ADN es suficiente con los nombres
de las bases o su inicial (A, T, C, G) en su orden
correcto y los extremos 5' y 3' de la cadena
nucleotídica.
Así, por ejemplo:
5'ACGTTTAACGACAAGGACAAGTATTAA3'
ADN
Niveles estructurales
Estructura secundaria: Modelo de Watson y Crick.
Datos preliminares
a) ERWIN CHARGAFF y sus
colaboradores estudiaron los
componentes del ADN y emitieron
los siguientes resultados: La
concentración de bases varía de
una especie a otra. El porcentaje de
A, G, C y T es el mismo en los
individuos de la misma especie y no
por esto el mensaje es el mismo.
b) FRANKLIN y WILKINS
observaron una estructura
fibrilar de 20 Å (Amstrongs) de
diámetro con repeticiones cada
3,4 Å y una mayor cada 34 Å
c) WATSON y CRICK postularon en
1953 un modelo tridimensional
para la estructura del ADN que
estaba de acuerdo con todos los
datos disponibles anteriores: el
modelo de doble hélice.
ADN
Niveles estructurales
Estructura secundaria: Modelo de Watson y Crick.
El ADN estaría constituido por dos cadenas o hebras de
polinucleótidos enrolladas helicoidalmente en sentido
dextrógiro sobre un mismo eje formando una doble hélice.
Ambas cadenas serían antiparalelas, una iría en sentido 3'5'
y la otra en sentido inverso, 5' 3'.
Los grupos fosfato estarían hacia el exterior y de este modo sus
cargas negativas interaccionarían con los cationes
presentes en el nucleoplasma dando más estabilidad a la
molécula.
ADN
Niveles estructurales
Estructura secundaria: Modelo de Watson y Crick.
Las bases nitrogenadas estarían hacia el interior
de la hélice con sus planos paralelos entre sí y
las bases de cada una de las hélices estarían
apareadas con las de la otra asociándose
mediante puentes de hidrógeno.
El apareamiento se realizaría únicamente entre la
adenina y la timina, por una parte, y la guanina
Y la citosina, por la otra1. Por lo tanto, la
estructura primaria de una cadena estaría
determinada por la de la otra, ambas cadenas
serían complementarias.
La complementariedad de las cadenas sugiere el
mecanismo por el cual el ADN se copia -se replicapara ser trasferido a las células hijas. Ambas
cadenas o hebras se pueden separar parcialmente
y servir de molde para la síntesis de una nueva
cadena complementaria (síntesis
semiconservativa).
ADN
Propiedades de la estructura secundaria
DESNATURALIZACIÓN Si una disolución de
ADN se calienta suficientemente ambas
cadenas se separan, pues se rompen los
enlaces de hidrógeno que unen las bases, y el
ADN se desnaturaliza. La temperatura de
desnaturalización depende de la proporción de
bases. A mayor proporción de C-G, mayor
temperatura de desnaturalización, pues la
citosina y la guanina establecen tres puentes de
hidrógeno, mientras que la adenina y la timina
sólo dos y, por lo tanto, a mayor proporción de
C-G, más puentes de hidrógeno unirán ambas
cadenas. La desnaturalización se produce
también variando el pH o a concentraciones
salinas elevadas. Si se restablecen las
condiciones, el ADN se renaturaliza y ambas
cadenas se unen de nuevo.
ADN
Niveles estructurales
La ESTRUCTURA TERCIARIA Las grandes moléculas de ADN de las células
eucariotas están muy empaquetadas ocupando así menos espacio en el núcleo celular
y además como mecanismo para preservar su transcripción.
Como hemos visto, en las células eucariotas el ADN se encuentra en el núcleo
asociado a ciertas proteínas: nucleoproteínas, formando la cromatina. En la
cromatina, la doble hélice de ADN se enrolla alrededor de unas moléculas proteicas
globulares, las histonas, formando los nucleosomas. Cada nucleosoma contiene 8
histonas y la doble hélice de ADN da dos vueltas a su alrededor (200 pares de bases).
El conjunto, si no está más empaquetado aún, forma una estructura arrosariada
llamada collar de perlas. Ahora bien, los nucleosomas pueden empaquetarse
formando fibras de un grosor de 30 nm (fibra de 30 nm). Según el modelo del
solenoide las fibras seforman al enrollarse seis nucleosomas por vuelta alrededor de
un eje formado por las histonas H1.
ADN
Niveles estructurales
NIVELES SUPERIORES DE
EMPAQUETAMIENTO
cada fibra se volvería a enrollar
formando un bucle (cada bucle
tendría 50 millones de pares de
bases), seis bucles se
empaquetarían asociándose a un "
esqueleto nuclear" produciéndose
un rosetón, 30 rosetones formarían
una espiral y 20 espirales formarían
una cromátida.
Todo ello produciría un gran
acortamiento de las largas cadenas
de ADN.
En los espermatozoides el ADN se
encuentra aún mucho más
empaquetado, se dice que tiene "
estructura cristalina".
ADN
Tipos
Según su estructura se distinguen los siguientes tipos de ADN:
Monocatenarios o de una cadena; por ejemplo los de algunos virus.
Bicatenarios, con dos hebras o cadenas (algunos virus, las
bacterias y los eucariotas).
A su vez, y en ambos casos, el ADN puede ser:
Lineal, como por ejemplo el del núcleo de las células eucariotas
el de algunos virus.
Circular, como el de las mitocondrias, cloroplastos, bacterias y
algunos virus.
y
ARN
Composición química
El ARN contiene el azúcar pentosa (o sea de con 5 carbonos) llamada ribosa
y sus moléculas están formadas también por pares de bases, de ahí
ribonucleico
Están formadas por pares de bases, la unión de estas es semejante a la del
ADN, pero difiere en que la adenina (A) se une al uracilo (U), entonces su
complemento es:
- Uracilo (U) con Adenina (A)
-Citosina (C) con Guanina (G)
Está formado por la unión de muchos ribonucleótidos, los cuales se unen
entre ellos mediante enlaces fosfodiester en sentido 5´-3´ (igual que en el
ADN).
ARN
Localización
Es el ácido nucleico más abundante en las células (aparece en proporción más
elevada que el ADN).
Existen 3 tipos diferentes de ARN: ARN de transferencia (ARN-t ó t-RNA), ARN
ribosomal (ARN-r ó r-RNA) y ARN mensajero (ARN-m ó m-RNA).
Los diversos tipos de ARN participan en la expresión de la información genética
contenida en el ADN. Es decir, mientras el ADN es portador de la información
genética y dicta órdenes para que la célula elabore las proteínas, el ARN se
ocupa de que esas órdenes se ejecuten.
Los 3 tipos de ARN no son sólo diferentes por su estructura sino también por su
localización intracelular: aproximadamente la mitad del ARN se encuentra
formando parte de los ribosomas (ARN-r), un 25% en el citosol
(fundamentalmente ARN-t y un poco de ARN-m), y una proporción significativa
en el núcleo (parte asociado de forma no covalente al ADN y parte en el
nucleolo). Igual que con el ADN, las mitocondrias tienen sus propios ARN
específicos (aprox. un 15% del ARN total).
ARN
Niveles estructurales
Se pueden distinguir 3 niveles estructurales:
Estructura primaria: La secuencia de los
nucleótidos.
Al igual que el ADN, se refiere a la secuencia de
las bases nitrogenadas que constituyen sus
nucleótidos.
ARN
Niveles estructurales
Estructura secundaria
Alguna vez, en una misma cadena,
existen regiones con secuencias
complementarias capaces de
aparearse.
ARN
Niveles estructurales
Estructura terciaria
Es un plegamiento, complicado, sobre al estructura secundaria.
ARN
Tipos
1. El ARNm (ARN mensajero)
Cadenas de largo tamaño con estructura primaria.
Se le llama mensajero porque transporta la información
necesaria para la síntesis proteica.
Cada ARNm tiene información para sintetizar una proteina
determinada.
Su vida media es corta. La duración de los ARNm en el
citoplasma celular es de escasos minutos siendo
degradados rápidamente por enzimas específicas
En procariontes el extremo 5´posee un grupo trifosfato
En eucariontes en el extremo 5´posee un grupo metilguanosina unido al trifosfato, y el extremo 3´posee una
cola de poli-A
En los eucariontes se puede distinguir también:
Exones, secuencias de bases que codifican proteinas.
Intrones, secuencias sin información.
Un ARNm de este tipo ha de madurar (eliminación de
intrones) antes de hacerse funcional. Antes de madurar, el
ARNm recibe el nombre de ARN heterogeneonuclear
(ARNhn ).
ARN
Tipos
2. El ARNt (ARN de transferencia)
Transporta Los aminoácidos para la síntesis de
proteínas.
Son moléculas de pequeño tamaño
Poseen en algunas zonas estructura secundaria, lo
que va hacer que en las zonas donde no hay
bases complementarias adquieran un aspecto
de bucles, como una hoja de trebol.
Los plegamientos se llegan a hacer tan complejos
que adquieren una estructura terciaria
Su misión es unir aminoácidos y transportarlos
hasta el ARNm para sintetizar proteinas.
El lugar exacto para colocarse en el ARNm lo hace
gracias a tres bases, a cuyo conjunto se llaman
anticodón (las complementarias en el
ARNm se llaman codón).
ARN
Tipos
3. El ARNr (ARN ribosomal)
Es el ARN de los ribosomas, cuya función es poco conocida.
Sus principales características son:
Cada ARNr presenta cadena de diferente tamaño, con estructura secundaria
y terciaria.
Forma parte de las subunidades ribosómicas cuando se une con muchas
proteínas.
Están vinculados con la síntesis de proteínas.
En la célula eucarionte los ARN se sintetizan gracias a tres tipos de enzimas:
ARN polimerasa I, localizada en el nucleolo y se encarga de la sinteis de
los ARNr 18 S, 5,8 S y 28 S.
ARN polimerasa II, localizada en el nucleoplasma y se encarga de la
síntesis de los ARNhn, es decir de los precursores de los ARNm
ARN polimerasa III, localizada en el nucleoplasma y se encarga de sintetizar
los ARNr 5 S y los ARNm.
ARN
FUNCIÓN
Entre las principales funciones de estos
ácidos tenemos:
• Duplicación del ADN
• Expresión del mensaje genético:
• Transcripción del ADN para formar ARNm
y otros.
• Traducción, en los ribosomas, del
mensaje contenido en el ARNm a
proteínas.
LA DUPLICACIÓN DEL ADN
• MOLÉCULA DE ADN INICIAL
Permite al ADN duplicarse .De
esta manera de una molécula
de ADN única, se obtienen dos
o más "clones" de la primera.
La molécula de ADN se abre
por ruptura de los puentes de
hidrógeno entre las bases
complementarias liberándose
dos hebras y la ADN
polimerasa sintetiza la mitad
complementaria añadiendo
nucleótidos que se encuentran
dispersos en el núcleo. De esta
forma, cada nueva molécula es
igual a la primera.
http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.esp.html
LA TRANSCRIPCIÓN DEL ADN
Es el proceso por el que se
transmite la información
contenida en el ADN al ARN.
Este proceso se lleva a cabo
por la ARN polimerasa que
utiliza como molde una de las
dos hebras del ADN, la
denominada hebra codificante.
Durante el proceso de
transcripción se reconoce un sitio
específico de la molécula de
ADN en el que se van a unir las
enzimas.
http://www.johnkyrk.com/DNAtranscription.esp.html
En células procarióticas
existe una serie de
proteínas que pueden un
irse a la ARN
polimerasa. Estas
proteínas se denominan
factores sigma. En
células eucarióticas la
unión de la ARN
polimerasa a un
promotor o a otro viene
regulada por la unión de
otras muchas proteínas
http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/molgenetics/transcription.swf
LA TRADUCCIÓN DEL ADN
Es el proceso por el que la
información genética
contenida en el ADN y
transcrita en una ARN
mensajero va a ser utilizada
para sintetizar una
proteína. El proceso se lleva
a cabo en los ribosomas.
http://www.johnkyrk.com/DNAtranslation.esp.html
La traducción del mensaje
genético desde el ARN hasta
una proteína no es suficiente, en
algunos casos, para que se
exprese correctamente. Es
necesario que el polipéptido
que se va sintetizando por el
ribosoma se pliegue de forma
adecuada para que pueda
desarrollar su función biológica
correctamente
http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/molgenetics/translation.swf
ADN Y ARN
DIFERENCIAS A NIVEL QUÍMICO
El ADN (ácido desoxirribonucleico) sus
nucleótidos tienen desoxirribosa como azúcar
y no tiene uracilo.
El ARN (ácido ribonucleico) tiene ribosa y no
tiene timina.
El ARN, ácido ribonucleico, es un polirribonucleótido que, a diferencia
del ADN, no contiene ni desoxirribosa ni timina, pero sí ribosa y
uracilo. El ARN no forma dobles cadenas, salvo en ciertos virus (por
ej. los reovirus). Lo que no quita que su estructura espacial pueda
ser en ciertos casos muy compleja.
PROPORCIONES DE LAS BASES NITROGENADAS:
REGLAS DE CHARGAFF
•
AL PRINCIPIO SE PENSABA QUE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS ERAN LA REPETICIÓN
•
MONÓTONA DE UN TETRANUCLEÓTIDO, DE FORMA QUE NO TENÍAN VARIABILIDAD
•
SUFICIENTE PARA SER LA MOLÉCULA BIOLÓGICA QUE ALMACENARA LA INFORMACIÓN. SIN
EMBARGO, CHARGAFF (1950) DEMOSTRÓ QUE LAS PROPORCIONES DE LAS BASES NITROGENADAS
ERAN DIFERENTES EN LOS DISTINTOS ORGANISMOS, AUNQUE SEGUÍAN ALGUNAS REGLAS. ESTAS
REGLAS DE CHARGAFF SE CUMPLEN EN LOS ORGANISMOS CUYO MATERIAL HEREDITARIO ES ADN DE
DOBLE HÉLICE Y SON LAS SIGUIENTES:
•
REGLAS DE CHARGAFF PARA ADN DE DOBLE HÉLICE
•
LA PROPORCIÓN DE ADENINA (A) ES IGUAL A LA DE TIMINA (T). A = T . LA RELACIÓN ENTRE ADENINA Y
TIMINA ES IGUAL A LA UNIDAD (A/T = 1).
•
LA PROPORCIÓN DE GUANINA (G) ES IGUAL A LA DE CITOSINA (C). G= C. LA RELACIÓN ENTRE GUANINA
Y CITOSINA ES IGUAL A LA UNIDAD ( G/C=1).
•
LA PROPORCIÓN DE BASES PÚRICAS (A+G) ES IGUAL A LA DE LAS BASES PIRIMIDÍNICAS (T+C). (A+G) =
(T + C). LA RELACIÓN ENTRE (A+G) Y (T+C) ES IGUAL A LA UNIDAD (A+G)/(T+C)=1.
•
SIN EMBARGO, LA PROPORCIÓN ENTRE (A+T) Y (G+C) ERA CARACTERÍSTICA DE CADA ORGANISMO,
PUDIENDO TOMAR POR TANTO, DIFERENTES VALORES SEGÚN LA ESPECIE ESTUDIADA. ESTE
RESULTADO INDICABA QUE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS NO ERAN LA REPETICIÓN MONÓTONA DE UN
TETRANUCLEÓTIDO. EXISTÍA VARIABILIDAD EN LA COMPOSICIÓN DE BASES NITROGENADAS.
MUTACIÓN
• UNA MUTACIÓN ES UN CAMBIO EN EL MATERIAL GENÉTICO DE
UNA CÉLULA.
• ESTOS CAMBIOS SE PUEDEN TRANSMITIR A LA DESCENDENCIA O
NO DEPENDIENDO EN EL TIPO DE CÉLULA QUE TENGA LUGAR.
• LOS CAMBIOS EN EL ADN SE TRADUCEN EN CAMBIOS EN LAS PROTEÍNAS
Y POR TANTO LAS MUTACIONES PUEDEN AFECTAR A LA CAPACIDAD DE
SUPERVIVENCIA DE UN ORGANISMO.
• ATENDIENDO A ESTE CRITERIO, LAS MUTACIONES PUEDEN SER:
• PERJUDICIALES: SI AFECTAN NEGATIVAMENTE AL INDIVIDUO (PUEDEN LLEGAR
A CAUSAR INCLUSO LA MUERTE).
• BENEFICIOSAS: SI AFECTAN POSITIVAMENTE AL INDIVIDUO.
• NEUTRAS: SI NO PRODUCEN BENEFICIOS NO PERJUICIOS AL ORGANISMO.
CLASIFICACIÓN DE LAS MUTACIONES
• SEGÚN EL TIPO DE CÉLULAS AFECTADAS:
• MUTACIONES SOMÁTICAS, PUEDE PROVOCAR ALTERACIONES EN EL
ORGANISMO EN EL QUE SE PRESENTE; PERO DESAPARECE EN EL MOMENTO EN
QUE MUERE EL INDIVIDUO EN QUE SE ORIGINÓ, YA QUE AFECTA A UNA
CÉLULA SOMÁTICA, Y POR TANTO NO SE TRANSMITEN A LA DESCENDENCIA
• MUTACIONES GERMINALES: SON LAS QUE AFECTAN A LAS CÉLULAS
GERMINALES (GAMETOS) Y POR TANTO SE TRANSMITEN A LA DESCENDENCIA
ORIGEN DE LAS MUTACIONES
• MUTACIONES NATURALES O ESPONTÁNEAS
• SE ORIGINAN AL AZAR. LA TASA DE MUTACIÓN ESPONTÁNEA ES MUY
BAJA EN LA ESPECIE HUMANA UN GEN MUTADO POR CADA 50.000
GENES.
• MUTACIONES INDUCIDAS
• SON PROVOCADAS POR LA EXPOSICIÓN A DETERMINADOS AGENTES
FÍSICOS O QUÍMICOS, LOS AGENTES MUTAGÉNICOS O MUTÁGENOS
CAUSAS DE LAS MUTACIONES
GÉNICAS
• ERRORES DE LECTURA DURANTE LA REPLICACIÓN DEL ADN
• LESIONES FORTUITAS EN EL ADN
• TRANSPOSICIONES
AGENTES MUTAGÉNICOS
• LOS AGENTES MUTAGÉNICOS SON FACTORES QUE
AUMENTAN SENSIBLEMENTE LA FRECUENCIA DE MUTACIÓN
EN LOS SERES VIVOS. ACTÚAN ALTERANDO O DAÑANDO LA
COMPOSICIÓN Y LA ESTRUCTURA DEL ADN.
• MUTÁGENOS FÍSICOS: SE DIVIDEN A SU VEZ EN:
• RADIACIONES IONIZANTES: SON RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS
DE  MUY CORTA Y POR LO TANTO MUY ENERGÉTICAS. DESTACAN:
• RAYOS X Y 
• PARTÍCULAS RADIACTIVAS  Y 
• PUEDEN PRODUCIR MUTACIONES CROMOSÓMICAS Y GÉNICAS.
• RADIACIONES NO IONIZANTES: RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS
DE  MÁS LARGA. DESTACA:
• LOS RAYOS ULTRAVIOLETA (U.V.): PROVOCAN MUTACIONES
GÉNICAS.MUT
• MUTÁGENOS QUÍMICOS: SON SUSTANCIAS QUÍMICAS QUE
REACCIONAN CON EL ADN
• MUTÁGENOS BIOLÓGICOS
• ELEMENTOS GENÉTICOS MÓVILES, VIRUS
RESUMEN
• LAS ALREDEDOR DE TREINTA MIL PROTEÍNAS DIFERENTES EN EL CUERPO HUMANO
ESTÁN HECHAS DE VEINTE AMINOÁCIDOS DIFERENTES, Y UNA MOLÉCULA DE ADN
DEBE ESPECIFICAR LA SECUENCIA EN QUE SE UNAN DICHOS AMINOÁCIDOS.
• EL ADN EN EL GENOMA DE UN ORGANISMO PODRÍA DIVIDIRSE
CONCEPTUALMENTE EN DOS, EL QUE CODIFICA LAS PROTEÍNAS Y EL QUE NO
CODIFICA. EN EL PROCESO DE ELABORAR UNA PROTEÍNA, EL ADN DE UN GEN SE
LEE Y SE TRANSCRIBE A ARN. ESTE ARN SIRVE COMO MENSAJERO ENTRE EL ADN Y
LA MAQUINARIA QUE ELABORARÁ LAS PROTEÍNAS Y POR ESO RECIBE EL NOMBRE
DE ARN MENSAJERO. EL ARN MENSAJERO INSTRUYE A LA MAQUINARIA QUE
ELABORA LAS PROTEÍNAS, PARA QUE ENSAMBLE LOS AMINOÁCIDOS EN EL ORDEN
PRECISO PARA ARMAR LA PROTEÍNA.
• EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR PLANTEA QUE EL FLUJO DE
ACTIVIDAD Y DE INFORMACIÓN ES: ADN → ARN → PROTEÍNA
• EN LA ACTUALIDAD SE ASUME QUE ESTE DOGMA ES CIERTO EN LA MAYORÍA DE
LOS CASOS, PERO SE CONOCEN IMPORTANTES EXCEPCIONES: EN ALGUNOS
ORGANISMOS (VIRUS DE ARN) LA INFORMACIÓN FLUYE DE ARN A ADN, ESTE
PROCESO SE CONOCE COMO "TRANSCRIPCIÓN INVERSA O REVERSA" .
ADICIONALMENTE, SE SABE QUE EXISTEN SECUENCIAS DE ADN QUE SE
TRANSCRIBEN A RNA Y SON FUNCIONALES COMO TALES, SIN LLEGAR A
TRADUCIRSE A PROTEÍNA NUNCA.
LA INDIVIDUALIDAD Y EL POTENCIAL
FUNCIONAL DE CADA SER SON
DETERMINADAS POR LA INFORMACIÓN
CONTENIDA EN SUS ÁCIDOS NUCLEICOS
Gracias