Ácidos Nucleicos - Resumen Bioquìmica I PDF

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ARN y ADN. Estructura primaria, secundaria, cuaternaria, quintenaria. Desnaturalización. Bases nitrogenadas y su estabilización. Tipos de hidrólisis....

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Ácidos Nucleicos     

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Función: Almacenamiento y transmisión de la información biológica. Propiedad de auto-duplicación. Son polímeros formados por cuatro clases de monómeros. Composición: Bases orgánicas nitrogenadas púricas y piridínicas, un azúcar pentosa (ribosa) y fosfato. Se utiliza la notación ‘(prima) para los carbonos del azúcar y así diferenciarlos de los de las bases. Las bases están unidas al extremo 1’. La unión con las purinas es mediante el nitrógeno 9, y en las pirimidinas con el nitrógeno 1. Estas uniones son enlaces glucosídicos. Estos monómeros son nucleósidos. La conexión entre las sucesivas unidades monoméricas en los ácidos nucleicos se realiza mediante un grupo fosfato unido al oxidrilo del carbono 5´de una unidad y al oxidrilo 3’ de la siguiente. La unión en conjunto se denomina nucleótido. Cada nucleótido es el derivado 5’ monofosforilado.

Nucleótidos:

Los nucleótidos son ácidos bastante fuertes debido a que la ionización de los grupos fosfato se produce con un valor de pKa  1.

Las bases son capaces de experimentar conversiones entre tautómeros. Estos son isómeros estructurales que se diferencias n la disposición de sus átomos de hidrógeno y los dobles enlaces. La Guanina, Timina y Uracilo puede isomerizarse parcialmente a formas enol. En consecuencia pueden perder el protón y conferir acidez. Por otro lado la Adenina y la Citocina se puede isomerizar a formas imino. El nitrógeno debe liberar al medio un protón para que luego sus electrones formen un doble enlace. Ambos equilibrios generan un medio ácido. Como consecuencia de los sistemas de dobles enlaces conjugados de los anillos, absorben intensamente la luz en la región ultravioleta del espectro.

Estabilidad enlace fosfodiéster: El equilibro está muy desplazado hacia el lado de la hidrólisis del enlace fosfodiéster en medio acuoso de la célula. Este compuesto es uno compuesto metaestable que tienen favorecida termodinámicamente su ruptura, pero esta se produce muy lentamente. La síntesis implica a los nucleósidos o desoxinucleósidos trifosfato de energía elevada. En consecuencia el acoplamiento de reacciones favorece el ΔG para que la reacción se produzca de manera espontánea.

Tipos de ácidos nucleicos: DNA   

Bases nitrogenadas: Adenina, Guanina, Timina, Citosina. Azúcar: β-D-2-desoxirrobosa. Químicamente más estable que ARN  Permite la generación y el mantenimiento de genomas más largos.

RNA   

Bases nitrogenadas: Adenina, Guanina, Timina, Uracilo. Azúcar: β-D-ribosa. Propiedades: Existen ribozimas o moléculas de ARN capaces de catalizar reacciones químicas. Los grupos 2’oxidrilo participan en los mecanismos catalíticos.

Tipos de hidrolización: 

Catálisis ácida da lugar a la hidrólisis de los enlaces fosfodiéster en el ARN produciendo una mezcla de nucleótidos.

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En el ARN y ADN la catálisis ácida rompe los enlaces glucosídicos  Mezcla de bases, ácido fosfórico y ribosa. ARN lábil en medio básico, produce una mezcla de 2’, 3’ nucleósidos monofosfato.

Estructuras: Primaria: 

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Una cadena polinucleotídica posee un sentido o una direccionalidad. El enlace fosfodiéster entre unidades monoméricas se produce entre el carbono 3’ de un monómero y el carbono 5’ del siguiente. Una cadena polinucleotídica posee una individualidad determinada por la secuencia de sus bases, es decir de sus nucleótidos. La secuencia nos indica si es DNA o RNA por que tiene Timina o Uracilo. Se escribe desde su extremo 5’ a 3’. La información genética se almacena en la estructura primaria del DNA.

Secundaria: ADN: A partir de soluciones de DNA concentradas, Watson y Crick utilizaron la técnica de difracción de rayos X. Las fotografías mostraban que el ADN en las fibras debía tener una estructura tridimensional repetitiva regular y helicoidal. En donde había 10 residuos por vuelta. Además la densidad de las fibras sugirió que debía haber dos cadenas de ADN en cada molécula helicoidal. Además se dieron cuenta que una hélice de doble cadena podía estabilizase mediantes puentes de hidrógeno entre las bases de cadenas opuestas. Las distancias entre los carbono 1’ de las porciones de desoxirribosa de A-T y G-C son las mismas (1,1nm en cada caso).

Esta disposición de apareamiento implicaba que la doble hélice podía tener un diámetro regular y que era imposible si las purinas se apareaban con purinas o pirimidinas con

pirimidinas. Además la proporción C-G y A-T estaba presente casi siempre en cantidades iguales. Esto indica que las dos cadenas son complementarias. En el modelo de Watson y Crick los armazones hidrófilos de fosfato-desoxirribosa de la hélice se situaban hacia el exterior en contacto con medio acuoso y los pares de bases se apilaban unos sobre otros con sus planos perpendiculares al eje de la hélice permitiendo interacciones de Van der Waals. Cada par de bases se presentaba una rotación de 36° y la distancia de repetición era de 3,4 nm. El ADN presenta un tipo de replicación semiconservativa donde se producen dos dobles cadenas hijas cada una consistente en una mitad del ADN progenitor y otra mitad de material nuevo. Tipos de hélices: La forma B que se observa en las fibras de ADN:    

Preparada en condiciones de humedad elevada. Las bases están próximas al eje de la hélice. El surco principal y el menor se diferencian claramente. Puede acomodar una columna de moléculas de agua situadas en el surco menor (estabilización de fosfatos)

La forma A:   

Es preparada en condiciones de humedad baja. Las bases están situadas más externamente y están muy inclinadas con respecto al eje de la hélice. El surco principal y el menor poseen casi una misma anchura.

La forma Z:     

Hélice a izquierdas. Las pirimidinas tienen orientación anti y las purinas sin. Las purinas y pirimidinas están alternadas en cada cadena.  Patrón zig-zag. Unidad de repetición de dos pares de bases. Alta concentración salina.

ARN Las estructuras de ARN de doble cadenas forman siempre la estructura A. Esto se debe a que el oxidrilo interfiere estéricamente en la forma B al situarse demasiado cerca del fosfato y del carbono 8 de la base adyacente. Monocatenarias:

Pueden formar hairpins, estructuras cruciformes y otros plegamientos. A temperatura elevada la mayoría poseen forma de ovillo (a) al estar desnaturalizados. Esta estructura se caracteriza por flexibilidad y libertad de rotación alrededor de los enlaces de armazón.

Las interacciones de apilamiento tenderán a formar regiones de hélices de una cadena de bases apiladas (b). Además la mayoría de las secuencias de ácidos nucleicos contienen regiones de autocomplementariedad entre las que son posibles apareamientos de bases. Aquí la molécula puede enlazarse sobre sí misma para formar una doble cadena (c)

Terciaria ADN Arreglo espacial de los elementos de la estructura secundaria. Podemos juntar los extremos 5’ y 3’ de cada cadena y unirlos covalentemente. Esta conexión crearía un círculo relajado que podría estar aplastado a la superficie. Si se reduce una vuelta, se crea una tensión en la molécula.

El ADN circular puede estar superenrrollado. Además de tener una torsión de las cadenas de ADN poseen otras torsiones adicionales en el propio eje de la hélice. El superenrrollamiento positivo va hacia la derecha y el negativo hacia la izquierda. Las moléculas de ADN en la imagen difieren sólo en su topología, por ende son topoisómeros. Pueden interconvertirse mediante el corte y la nueva unión del ADN. Las células poseen topoisomerasas que regulan la superhelicoidalidad. Estas torsiones poseen gran energía almacenada.

Cuaternaria: Resulta de la interacción de más de una cadena de ácidos nucleicos diferentes por interacciones débiles en forma permanente o transitoria.

Quintenaria: Se refiere a la asociación de distintas clases de macromoléculas para formar complejos supramoleculares: Ribosoma, nucleosoma. Las proteínas pueden interaccionar con ADN en forma de interacciones pi-pi, iónicas, puentes de hidrógeno, pi-catión.

Desnaturalización La pérdida de la estructura secundaria en grandes regiones se conoce como desnaturalización. Hay dos factores importantes que favorecen la disociación de las dobles hélices en cadenas simples enrolladas de forma aleatorias: La estructura de ovillo posee una entropía más alta y la repulsión electrostática entre las cadenas. Pero la estructura de ΔG sigue siendo positiva aun así. En la doble cadena las fuentes de la positividad de ΔH son los puentes de hidrógeno entre los pares de bases y las interacciones de Van der Waals aportan al ΔS. Por ello sólo con la temperatura puede favorecerse esta transición. Cuando los polinucleótidos están polimerizados en un polinucleótido, y las bases empaquetadas en una estructura helicoidal hay poca absorción de luz. Este fenómeno se denomina hipocromismo. Los cambios bruscos son característicos debido a las transiciones cooperativas. Aquí la doble hélice no puede fusionarse trozo a trozo. Esto se debe a que sería muy difícil que una sola base se apartara de la estructura apilada unida con puentes de hidrógeno. Lo que ocurre es que toda la estructura se mantiene unida hasya llegar al límite de inestabilidad y se desnaturaliza. La “temperatura de fusión” depende de su proporción de (G+C)/(A+T). Debido a que cada par de bases G-C forma 3 puentes de hidrógeno y A-T sólo dos. El ΔH es mayor para la fusión de los polinucleótidos con un contenido elevado de G+C. T m aumenta al elevarse el contenido de G + C. A igualdad de número de pares de bases, el valor ΔS es el mismo pero ΔH depende de la composición de las mismas. La desnaturalización del ADN es reversible. La velocidad de enfriamiento debe ser lenta para dar tiempo a que las cadenas complementarias se reencuentren entre ellas y se apareen o renaturalicen....