Composición química de los seres vivos

Históricamente compuestos orgánicos con carácter ácido que se encontraban en el núcleo celular.
Posteriormente se hallaron también en el citoplasma y algunos otros orgánulos, pero conservaron el nombre.

Elementos

Siempre llevan C H O N P y generalmente nada más.

Definición química

Son polímeros de nucleótidos
Pueden tener un peso molecular elevadísimo. Los más grandes de las células.

Existen dos tipos:

• ARN = RNA . Ácido Ribonucléico
• ADN = DNA . Ácido Desoxirribonucléico

Componentes

Llevan en iguales proporciones tres componentes: Base nitrogenada . Pentosa . Fosfato

Bases nitrogenadas		Pentosa		Fosfato
Púricas	Pirimidínicas	Ribosa	Desoxirribosa
Adenina A	Citosina C	b D Ribofuranosa	b D 2´desoxiibo-furanosa
Guanina G	Timina T
	Uracilo U

 

Las bases púricas enlazan por el Nitrógeno en posición 1 con alcohol del C1 de la pentosa
Las bases pirimidínicas enlazan por Nitrígeno en posición 9 con alcohol del C1 de la pentosa
Las pentosas enlazan por alcohol situado en el C1 con la base y por el alccohol del C3 y C5 con los fosfatos
Los fosfatos tienen uniones con los alcoholes 3 y 5 de los azúcares

 

A. Nucleico	Bases	Azúcares	Fosfato
ARN	A G C U	Ribosa	Fosfato
ADN	A G C T	Desoxirribosa	Fosfato

 

Compuestos formados por una base nitrogenada y una pentosa.

Son moléculas poco frecuentes libres en las células

Hay diez posibilidades para los azúcares y bases de los ácidos nucléicos.

Ribonocleósidos			Desoxirribonicleósidos
Adenina + Ribosa	Adenosina		Adenina + desoxirribosa	Desoxiadenosina
Guanina + Ribosa	Guanosina		Guanina + desoxirribosa	Desoxiguanosina
Citosina + Ribosa	Citidina		Citosina + desoxirribosa	Desoxicitidina
Timina + Ribosa	Timidina		Timina + desoxirribosa	Desoxitimidina
Uracilo + Ribosa	Uridina		Uracilo + desoxirribosa	Desoxiuridina

Los nucleósidos son más solubles que las bases nitrogenadas solas

Estructura

Propiedades

Son sólidos a temperatura bambiente de puntos de fusión altos
Son sustancias ácidas a pH 7

Solubles en agua

Nomenclatura

Se les nombra de la siguiente forma:

Nomenclatura completa

Nombre del Nucleósido + nº del C que enlaza con el fosfato + ' + número de fosfatos + fosfato
Por ejemplo: Desoxiadenosín 3´5´di fosfato

Nomenclatura abreviada

En los nucleótidos que llevan fosfatos en 5´ se puede utilizar una nomenclatura abreviada sin indicar la posición del fosfato
Por ejemplo : Adenosín monofosfato , desoxiguanosin tri fosfato

Se pueden utilizar en este caso solo las iniciales del nucleósido seguido de la del número de fosfatos acabado en P
Por ejemplo : AMP dGTP

Ejemplo de formulación y nomenclatura de algunos nucleótidos
ATP Adenosín 5´trifosfato	dTMP Desoxitimidín 5´monofosfato	AMPc Adenosín 5´3´fosfato cíclico

Funciones

Síntesis de ácidos nucléicos

Para formar el ADN: dATP . dGTP . dCTP . dTTP
Para formar el ARN: ATP . GTP . CTP . UTP

Transporte energético intracelular

Los nucleótidos pueden portar eergía química en sus enlaces fosfato por repulsión de cargas.
Los principales nucleótidos implicados son ribonucleótidos de adenina ATP . ADP y AMP y, en menor medida de guanina

Lugares de consumo	ATP + H2O -> ADP + Pi + Energía ATP + H2O -> AMP + PPi + Energía.
Regeneración de ADP	AMP + ATP ----> 2 ADP
En lugares de producción	ADP + Pi + Energía ----> ATP + H2O

Mensajeros intracelulares

Son segundos mensajeros intracelulares en respuesta a un estímulo externo, por ejemplo una hormona
Implicados AMPc y GMPc
Se producen por ciclación de NTP

Ej: ATP -> AMPc + PPi

Metabolismo celular y coenzimas

Están implicados nucleótidos que no forman ácidos nucléicos
FMN FAD NAD CoA

 

Algunos nucleótidos que no forman ácidos nucléicos
FMN : Flavín Mononucleótido	NAD : Nicatamín Adenosín Dinucleótido
FAD : Flavín adenosín Dinucleótido	Coenzima A

 

Son polímeros lineales de nucleótidos

Unidos por enlace fosfodiester en 3´y 5´ del azúcar
La cadena está formada por repetición de pentosa-fosfato-pentosa- .... .
Las bases van unidas a las pentosas

La única variación en la estructura de la cadena la proporcionan las bases. Su secuencia.

Son cadenas asímétricas; es distinta la base que se lleve en el extremo 3´o 5´

Estructura de una cadena de ADN	Estructura de una cadena de ARN

Dentro de una misma cedena o entre cadenas diferentes pueden aparear las bases por enlaces no covalentes
Si las decuencias son complementarias las cadenas tienden a aparear

A con T ó U C con G

La adenina con la timina o la adenina con el uracilo forma dos puentes de hidrógeno La citosina con la guanina forma tres puentes de hidrógeno

Nomenclatura:

Se nombran indicando el extremo y las bases

Ejemplo: ADN 5´ATTACGCGGCCTCGGCTTTAAA 3´

EL ADN (DNA en siglas en inglés) es un polímero de desoxirribonucleótidos

Propiedades

Peso molecular muy elevado E10

Moléculas lineales enormes, de hasta varios centímetros

Carácter ácido

Químicamente es una molécula bastante estable

Soluble en agua por su caracter iónico

Tipos de ADN

El ADN es una molécula muy monótona y homogénea
Es lo que se espera de un soporte de información (Lo mismo pasa con textos, cintas magnéticas o DVDs...)

Principales diferencias son su tipo de cadena; sencilla o doble, si posees extremos o es circular y su longitud.
La información que contiene se encuentra en su secuencia de bases.

Diferente organización en distintos grupos de seres vivos

Número de cadenes de la molécula

Monocatenario - Cadena única

Bicatenario - Dos cadenas enrrolladas en espiral

Topología de la molécula

Lineal - con extremos libres

Circular - sin extremos

	Lineal	Circular
Monocatenario	Virus	Virus
Bicatenario	Virus Algunas bacterias Eucariotas	Virus Bacterias Arquéas Mitocondrias Cloroplastos Plásmidos

 

En los ADN bicatenarios las bases se encuentran apareadas por puentes de hidrógeno entre A=T y C=G
Forman una doble hélice con hebas antiparalelas

Localización

En eucariotas

El ADN se encuentra en el núcleo celular unido a proteínas (Histonas y otras proteínas estructurales y reguladoras)
También tienen ADN en mitocondrias y cloroplastos

En bacterias y arquéas

Se encuentra en el citoplasma pero ocupa un área denominada zona nuclear.
Se une también a proteínas estructurales pero son menos abundantes y no son histonas

Estructura

El ADN se organiza espacialmente en diferentes niveles de estructuración:

Estructura del ADN en eucariotas
Nivel Estructural			Compactación
Estructura Primaria	Secuencia de nucleótidos
Estructura Secundaria Doble hélice	Cadena doble. Tipo B Hebras antiparalelas Bases al interior planas enlazadas por puentes de hidrógeno. Fosfatos al exterior	Diámetro : 2 nm Vuelta : 3.4 nm Pares de bases 10
Estructura Terciaria Nucleosoma	Estructuras esféricas 10 x 5.7nm ADN da 2.75 vueltas Unidas por tramos de 50 pb Núcleo de histonas : H2A, H2B, H3 y H4 Puentes entre nucleosomas H1	Diámetro : 10 nm Vuelta : 60 nm Pares de bases 200	7:1
Estructura Cuaternaria Solenoides Supersolenoides	Cadenas de nucleosomas Filamentos de 25 a 30 nm Estructurado por: Histona H1 y PCNH (proteínas cromosomales no histónicas)	Diámetro : 30 nm Vuelta : Pares de bases	6:1
	Diámetro de 400 nm huecos de 360 nm Estructurado por PCNH	Diámetro : 400 nm Vuelta : Pares de bases	35:1

 

Estos cuatro niveles cosiguen una compactación de 1344:1 Compactación adicional en división celular Ejemplo de un ADN lineal con 10.000.000 de pares de bases Estructura Diámetro Longitud Primaria 2 nm 3.4 cm Nucleosomas 10 nm 4.9 mm Solenoide 30 nm 800 micras Supersolenoide 400 nm 25 micras
En procariotas tiene una estructura secundaria en doble hélice igual que en eucariotas pero su estructura terciaria consiste en unas superhelices no ligadas a histonas         Estructura secundaria del ADN forma B Estructura secundaria del ADN forma A Estructura terciaria del ADN : Nucleosoma

Estructura de un Nucleosoma ADN Histonas

Estructura de una fibra cromatínica (Solenoide)

Funciónes

Almacén de la información celular

En el ADN se encuentra codificada la información que tiene la célula para su funcionamiento

Copiado de la información celular: Replicación

El ADN sirve de molde para obtener información complementaria de usus cadenas

Expresión de la información celular: Transcripción

La información codificada en el ADN se copia a moléculas de ARN para su expresión

Síntesis

Cada célula sintetiza su propio ADN a partir de desoxirribonucleótidos
El proceso recibe el nombre de Replicación del ADN

Necesita

• ADN monocatenario molde
• Enzima ADN polimerasa
• desoxirribonucleótidos trifosfato: dATP . dGTP . dTTP . dCTP
• Otras moléculas para separar las hebras de ADN, cortarlo, unirlo, etc

Algunos virus pueden sintetizar ADN a partir de un molde de ARN mediante la enzima ADN polimerasa ARN dependiente también llamada transcriptasa inversa

Polímero de ribonucleótidos

Componentes

Bases Nitrogenedas

Adenina, Guanina, Citosina, Uracilo

Pentosa:

Ribosa

Fosfato

Proporción siempre 1:1:1 . Base : Pentosa :Fosfato
Las proporciones de las bases nitrogenadas son variables

Propiedades

Peso molecular variable.
Entre 25.000 y 1.100.000 para ARN implicados en la síntesis de proteínas. Pueden ser menores en interferentes

Generalmente lineal monocatenario excepto en algunos virus
Con frecuencia aparea la misma cadena con bases complementarias

El ARN es más fácilmente degradable que el ADN. En condiciones externas a las células dura de horas a días

Estructura

El ARN se puede organizar espacialmente en diferentes niveles de estructuración

El tipo de estructura que adoprte depende del tipo de ARN

Es mucho más variable que la del ADN. Estructura primaria Secuencia de nucleótidos Estructura secundaria Regiones de bases apareadas Puede aparear bases en la misma cadena. Las hélices formadas son de tipo A: tienen un surco mayor muy profundo y estrecho y un surco menor amplio y superficial. Estructura terciaria Plegamientos de la estructura secundaria en el espacio Estructura cuaternaria Uniones con otros ARN.

Tipos

Existen diferentes tipos de ARN y su conocimiento y función biológica es uno de los campos más importantes de investigación genética actual.

Se pueden clasificar atendiendo a diversos criterios:

Por la información que se pasa del ADN

ARN codificante - Lleva información para la síntesis de proteínas . Es el ARNm

ARN no codificante - Muchos ARN que no codifican para proteínas

Por su implicación en la sintesis de proteínas

ARN directamente implicados en la síntesis de proteínas : ARNm , ARNr, ARNt

ARN reguladores - Actúan activando o inactivando ARNm

ARN víricos - Genomas de algunos virus y viroides

 

ARN implicados en la síntesis de proteínas celulares

Tipo	Transferencia ARNt ó ARNs	Mensajero ARNm	Ribosómico ARNr
Pm	23.000 - 30.000	25.000 - 1.000.000	35.000 - 1.100.000
Nucleótidos	75 - 90	75 - 3.000	100 - 3.100
% ARN celular	16	2	82
Tipos	50 - 100	Miles	3 en procariotas (2+1) 4 en eucariotas (3+1)
Características	Bases poco frecuentes alteradas tras la síntesis Puede llevar un aminoácido en 3´	Tamaño muy variable Poca vida celular, minutos. Cola poliA en 3´ Sin estructura 2ª concreta	65% en peso del ribosoma resto proteínas básicas Estructura tridimensional complicada Probable catalizador
Función	Transporte de aminoácidos en la síntesis de proteínas	Transmisión de información del tipo y orden de aminoácidos en la síntesis de proteínas	Formación y funcionamiento de los ribosomas
Vida media	Intermedia	Corta	Larga

ARN reguladores

Regulan la expresión genética

Lo consiguen por su capacidad de unirse por complementariedad al ADN o a otros ARN
Se investiga en ellos
Se supone una función fundamental en la expresión genética en euvariotas

ARNi - ARN Interferente

Aprovecha mecanismo de destrucción de ARN de doble cadena para regular la expresión de ciertos genes
Un ARN de doble cadena es troceado por una ARNasa que conserva la secuencia de una cadena y busca otras cadenas semejantres para seguir hidrolizándolas. Se supone un mecanismo de defensa ante virus de ARN
Son ARN cortos de unos 20 nucleótidos que se generan en intrones, virus, o a partir de ADN

Ver ARN interferentes en Wikipedia

ARN Antisentido

Moléculas de ARN que son complementarias de ARNm por lo que se unen a ellos.
Generalmente inhiben su expresión

ARN de genomas víricos y viroides

Existen virus que tienen como material genético moléculas de ARN
Pueden ser de cadena sencilla o de doble cadena

Los viroides tienen ARN circular de cadena sencilla formadas por unos pocos cientos de nucleótidos.

Contienen la información genética de virus de ARN

Estructura

ARNm

Sin estructura espacial definida

 

ARNt Estructura primaria con bases raras, modificadas tras su síntesis. Longitud de 75 a 90 nucleótidos Estructura secundaria con cuatro brazos: Aceptor, Ribosoma, Anticodon, Enzima Estructura terciaria característica Estructura terciaria de un ARNt
	Estructura secundaria de un ARNt	Estructura terciaria de un ARNt unido a su Aminoácido

ARNr

Estructura primaria habitualmente larga (100 a 3100 nucleótidos)
Utilizada para establecer relaciones taxonómicas por su universalidad y conservación

Estructura secundaria compleja ARN muy largo. Se conoce en algunos organismos.

Estructura terciaria y cuaternaria forma las subunidades de los ribosomas.

	Estructura secundaria del ARNr de la subunidad mayor de un ribosoma de E. coli
	Estructura secundaria del ARNr de la subunidad menor de un ribosoma de E. coli
	Estructura terciaria de la subunidad 40s de un Ribosoma
	Estructura terciaria de la subunidad 60s de un Ribosoma
	Estructura terciaria de un Ribosoma completo

 

ARNi

Sin estructura espacial definida
Aparea con ARN formando zonas de doble hélice

ARN víricos y de viroides

Hay virus con genoma de ARN que pueden ser de cadena sencilla o doble.
Su estructura secundaria y terciaria conocida en algunos casos

También son de ARN los denominados Viroides . Moléculas de ARN infecciosas pero sin cubierta proteínica como los virus.

Estructura de las dos subunidades de un ribosoma mostrando las estructuras de :

Proteínas de la subunidad mayor (L1, L2, ...) Proteínas de la subunidad menor (S1, S2, ...) ARNr de la subunidad mayor ARNr de la subunidad menor ARNt (Sitios A, P, E)

Síntesis

Células

Cada célula sintetiza su propio ARN a partir de ribonucleótidos
El proceso recibe el nombre de Trascripción del ADN

Necesita

• ADN monocatenario molde
• Enzima ARN polimerasa ADN dependiente
• Ribonucleótidos trifosfato: ATP . GTP . UTP . CTP
• Otros factores de transcripción

Virus de ARN

Algunos virus pueden sintetizar ARN tomando como molde otro ARN mediante la enzimas ARN polimerasa ARN dependientes

Viroides

No está clara su síntesis. Parece que los replica una ARN polimerasa celular

Ribozimas

Moléculas de ARN con capacidad catalítica.
Actúan generalmente sobre otras moléculas de ácidos nucleicos: Eliminación de intrones y síntesis de proteínas

Son una prueba a favor de un periodo anterior de la evolución celular en la que el ARN era la molécula principal de los procesos biológicos

1- Modelos moleculares

• Montar nucleótido

2 - Programas de química

• Ver en 3D enlaces de bases : CG . AT
• Ver en 3D estructura del ADN
• Ver en 3D estructura del ARNt

2 - Programas de química

• Página genómica