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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: PABN 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