Tema 2 - Estructura y función de ácidos nucleicos

Tipos de ácidos nucleicos y composición

¿Cómo describimos cualquier biomolécula?

1. Composición
2. Estructura química   »»propiedades
3. Estructura tridimensional »»propiedades
   • forma ::: conformación
   • tamaño ::: dimensiones

Composición elemental de los ácidos nucleicos: C H O N P, no S

Composición química de los ácidos nucleicos:

• nucleótidos (monómeros)
• ⇒ Dos tipos de ácidos nucleicos: DNA, RNA

Ubicación y función de los ácidos nucleicos:

• DNA
  • eucariotas: en núcleo, matriz mitocondrial y estroma del cloroplasto
  • procariotas: zona nucleoide
  • algunos virus: dentro de la cápsida
  • es el material genético (depositario y transmisor de la información genética)
• RNA
  • eucariotas: en citosol, matriz mitocondrial y estroma del cloroplasto
  • procariotas: citosol
  • otros virus: dentro de la cápsida
  • interviene en la expresión de la información genética
  • es el material genético de virus

Componentes de los ácidos nucleicos:

• ácido nucleico = polinucleótido (polímero)
• monómeros: nucleótidos

Componentes de un nucleótido:

1. parte ácida - fosfato(s) ; nomenclatura (fosfato, bisfosfato, fosfodiéster, difosfato, trifosfato), ionización
2. parte neutra - azúcar, monosacárido, pentosa
3. parte básica - base nitrogenada

• nucleósido = b+c
• estructura de todos ellos, enlaces, nomenclatura
• modelos 3D de la estructura, en Biomodel-3: bases, nucleósidos y nucleótidos

Nucleótidos componentes de cada tipo de ácido nucleico y otros nucleótidos con distinta función.

Nomenclatura:

Estructura de los ácidos nucleicos

¿Cómo la estudiamos? En "niveles estructurales"

• E. primaria: covalente, enlace entre monómeros + orden de éstos (="secuencia")
• E. secundaria: conformación local, interacción no covalente, emparejamiento de cadenas (hebras) (DNA ≠ RNA)
• E. de orden superior: plegamiento en el espacio, interacción no covalente (DNA ≠ RNA)
  RNA tiene e. terciaria

Estructura primaria

• descripción; enlace fosfodiéster
• escritura de secuencias

Estructura secundaria: la doble hélice

en DNA: “forma B”, modelo estructural de Watson y Crick, forma fisiológica

• Comprensión de su fundamento a partir de la estructura de los nucleótidos
• Complementariedad de bases, complementariedad de cadenas: moléculas bicatenarias
  • Complementariedad y antiparalelismo (web 4.3 del libro)
• modelos 3D de la estructura, en Biomodel-1: DNA
• Morfología de la doble hélice; consecuencias para las propiedades del DNA
  • Helicidad (web 4.5)
  • Superficie polar (web 4.7) e interior poco polar (web 4.8)
  • Surcos (web 4.9)
• Fuerzas que estabilizan la doble hélice:
  • enlaces de hidrógeno intercatenarios
  • efecto hidrófobo (interior apolar, exterior polar)
  • fuerzas de apilamiento de las bases (Van der Waals)

en RNA: sólo localmente e intracatenaria (monocatenario)

• modelos 3D de la estructura, en Biomodel-1: RNA

Resumen comparado entre DNA y RNA:

Estudio de los ácidos nucleicos en el laboratorio

Texto ilustrado e interactivo de biología molecular, cap.3.5

Propiedades de los ácidos nucleicos en disolución

• Hidrófilos
• Ácidos, pK_a≈2
• Polianiónicos
• Disoluciones viscosas (moléculas muy alargadas)

Propiedades físicas: absorción de luz ultravioleta

• simulador (en Biomodel, Laboratorios virtuales)
• complemento web 3.1

Propiedades químicas: hidrólisis

• efecto de ácidos y álcalis sobre los enlaces fosfodiéster y N-glicosídico
• diferencia entre DNA y RNA

Efecto del calentamiento y del pH: desnaturalización de los ácidos nucleicos

• Separación de hebras, pérdida de estructura secundaria
• Agentes desnaturalizantes: temperatura, pH, urea, formamida, formaldehído, guanidinio...
• Detección: aumento de A₂₆₀ (efecto hipercrómico), disminución de viscosidad
• Posible renaturalización al retirar lentamente el agente

Tipos de RNA: estructuras y funciones

RNA mensajero, mRNA

• monocatenario
• copia del mensaje de una hebra de un segmento del DNA
• secuencia complementaria
• tamaño variado (mensaje)
• poca o nula estructura secundaria
• función: aporta la información para la síntesis de una proteína (secuencia de nt secuencia de aminoácidos)

RNA ribosómico, rRNA

estructura secundaria y terciaria de dos rRNA bacterianos

• monocatenario
• componente de los ribosomas (65% de la masa)
• varios tamaños, siempre los mismos (de 120 a 4700 nt)
  • eucariotas: 4 tipos de rRNA: 5S, 5’8S, 18S y 28S
  • procariotas: 3 tipos: 5S, 16S y 23S
• Bastante estructura secundaria
• Estructura terciaria definida
• Función:
  • estructura del ribosoma
  • catálisis en la síntesis de proteínas, forma el enlace peptídico

RNA transferente, tRNA

estructura secundaria de los tRNA

estructura terciaria de los tRNA

• monocatenario
• activa los aminoácidos para llevarlos al ribosoma
• tamaño pequeño y poco variado (~75 nt)
• Bastante estructura secundaria
• Estructura terciaria definida
• Función:
  • transporta los aminoácidos, permite que se coloquen correctamente en el ribosoma
  • define su orden de incorporación a la proteína porque se empareja con el mRNA
  • es grupo activador de los aminoácidos para que formen el enlace peptídico

RNA no codificantes

• nucleares pequeños (snRNA)
  • participan en la formación de los mRNA y otros RNA eucarióticos
• microRNA (miRNA)
  • 22 nt
  • participan en la regulación de la expresión de los mRNA: su vida media y su uso en la traducción
• RNA interferentes (iRNA)
  • en regulación de la expresión de los mRNA
• RNA mitocondriales (mensajeros, transferentes y ribosómicos)
• RNA del cloroplasto (ídem)

.