ADN Y ARN

ADN: estructura molecular

El ácido desoxirribonucleico (ADN) CONTIENE la información genética de la mayor parte de los organismos vivos (una excepción son algunos virus, denominados retrovirus, que utilizan el ARN o ácido ribonucleico para guardar su información genética).

- El ADN puede ser copiado a través de las sucesivas generaciones de células:

- El ADN puede ser traducido a proteínas: , más lejos traducido en proteínas,

- El ADN puede ser reparado cuando sea necesario:

- El ADN es un polímero, compuesto de unidades denominadas nucleótidos (o mono nucleótidos).

- Los nucleótidos tienen también otras funciones: (transportadores de energía: ATP, GTP; respiración celular: NAD, FAD; transducción de señales: AMP cíclico; coenzimas: CoA, UDP; vitaminas: nicotina mida mono nucleótido,

Vit B2).

Utilizando la nomenclatura de las proteínas, podemos hablar en términos de estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de la molécula:

I Estructura primaria de la molécula: esqueleto covalente y bases laterales

Un nucleó sido está hecho de un azúcar + una base nitrogenada.

Un nucleótido está hecho de un grupo fosfato + un azúcar + una base nitrogenada. En el ADN, el nucleótido es un desoxirribonucleótido (en el ARN, el nucleótido es un ribo nucleótido).

I-1 Ácido fosfórico

Suministra un grupo fosfato.

I-2 Azúcar

Desoxirribosa, que es una pentosa cíclica (azúcar de 5 carbonos). Nota: el azúcar en el ARN es una ribosa.

Los carbonos del azúcar se numeran de 1' a 5'. El átomo de nitrógeno de la base nitrogenada se une a C1' (por un enlace glucosúrico), y el grupo fosfato se une al C5' (enlace éster) para formar el nucleótido. El nucleótido es, por lo tanto: fosfato - C5' azúcar C1' – base nitrogenada.

I-3 Bases nitrogenadas:

Son heterociclos aromáticos; hay purinas y piramiditas.

- Purinas: adenina (A) y guanina (G).

- Piramiditas: citosina (C) y timina (T) (Nota: la timina es reemplazadas

por uracilo (U) en el ARN).

Nota: pueden existir otras bases nitrogenadas, en particular bases metaladas

derivadas de las anteriores; este tipo de bases tienen un papel funcional (ver capítulo correspondiente).

II Estructuras secundaria y terciaria de la molécula –Conformación tridimensional del ADN

II.1 Di nucleótidos

Los di nucleótidos se forman a través de un enlace fosfodiéster entre dos mono nucleótidos. Este enlace se forma entre el grupo fosfato de un mono nucleótido (en C5' de su azúcar) y el C3' del azúcar del anterior mono nucleótido. Así, comenzando con un grupo fosfato, tenemos un azúcar en 5' (+ su base) y cuyo extremo en 3', está unido a un segundo grupo fosfato en 5' de otro azúcar, cuyo extremo 3' está libre para un siguiente enlace. La unión – y la orientación de la molécula es, por tanto 5' -> 3'.

Los poli nucleótidos están formados por la sucesiva adición de monómeros en una configuración general 5' -> 3'. El esqueleto de la molécula está hecho por una sucesión de grupo fosfato-azúcar (n nucleótidos) – fosfato - azúcar (nucleótido n+1), y así sucesivamente, unidos covalentemente, con las bases nitrogenadas situadas lateralmente.

II.2 Molécula de ADN

El ADN está formado de dos ("ADN dúplex") cadenas o hebras dextrógiras (como un tornillo; con giro hacia la derecha) enrolladas alrededor de un eje formando una hélice doble de 20A° de diámetro ("la doble hélice").

Las dos cadenas son anti paralelas (esto es: sus orientaciones 5'->3' están en direcciones opuestas). La apariencia general del polímero muestra una periodicidad de 3,4 A°, correspondiente a la distancia entre dos bases, y otra de 34 A°, correspondiente a una vuelta completa de la hélice (y también a 10 pares de bases).

II.2.1 Puentes de hidrógeno: emparejamiento entre las bases

Las bases nitrogenadas (hidrofóbicas) se encuentran apiladas en el interior de la doble hélice, en planos perpendiculares a su eje. La parte exterior (grupos fosfato y azúcares) es hidrofílica.

Las bases de una de las cadenas o hebras están unidas mediante puentes de hidrógeno con las bases nitrogenadas de la otra cadena o hebra, uniendo ambas cadenas (líneas discontinuas en la figura).

De esta manera, una purina de una de las cadenas se encuentra enfrentada y unida a una pirimidina en la otra cadena. Por ello, el número de purinas es igual al número de pirimidinas.

II.2.2 Surco mayor y surco menor

La doble hélice es una molécula bastante rígida y viscosa de una longitud inmensa y un diámetro pequeño. En esta molécula se puede observar un surco mayor y un surco menor.

El surco mayor es profundo y amplio, el surco menor es poco profundo y estrecho.

Las interacciones ADN-proteína son procesos esenciales en la vida de la célula (activación o represión de la transcripción, replicación del ADN y reparación).

Las proteínas se unen a la parte interior de los surcos del ADN, mediante uniones específicas: puentes de hidrógeno, y uniones no específicas: interacciones de van der Waals, y otras interacciones electrostáticas generales.

Las proteínas reconocen donantes y aceptores de puentes de hidrógeno, grupos metilo (hidrofóbicos), éstos últimos exclusivos del surco mayor; hay cuatro patrones posibles de reconocimiento en del surco mayor , y sólo dos en el surco menor (ver figuras).

Algunas proteínas se unen al ADN por el surco mayor, algunas otras por el surco menor, y algunas necesitan unirse a ambos..

II.3 ADN no-B

El ADN es una molécula que se mueve continuamente, se pliega como haciendo gimnasia y baila. Las estructuras que se citan más abajo se ha comprobado que tienen ciertos papeles funcionales; y por otra parte, pueden favorecer las roturas y posterior pérdidas de segmentos de ADN, y fenómenos de amplificación, recombinación y mutaciones.

II.3.1 ADN-Z

- La forma Z es una forma de doble hélice levógira (con giro hacia la izquierda) con una conformación del esqueleto en zigzag (menos lisa que la forma ADN-B). Sólo se observa un surco, semejante al surco menor, el emparejamiento entre las bases (que forman el surco mayor -cercano al eje- en la forma ADN-B) está hacia un lateral, en la superficie exterior, lejos del eje. Los grupos fosfato se encuentran más cerca entre ellos que en la forma ADN-B. El ADN-Z no puede formar nucleásemos.

- La conformación Z está favorecida por un elevado contenido en G-C. La metilación de citosinas, y moléculas que pueden encontrase presentes in vivo como la espermita y espermicida pueden estabilizar la conformación Z.

- Las secuencias de ADN pueden pasar de la forma B hacia la forma Z y viceversa: el ADN-Z es una forma transitoria in vivo.

- La formación de ADN-Z se produce durante la transcripción de genes, en los puntos de inicio de la transcripción cerca de los promotores de genes que se transcriben de manera activa. Durante la transcripción, el movimiento de la ARN polimerasa induce una superhelicoidización negativa en la parte anterior o corriente arriba y una superhelicoidización en la parte posterior o corriente debajo de la transcripción. La superhelicoidización negativa corriente arriba favorece la formación de ADN-Z; una función posible del ADN-Z podría ser absorber esta superhelicoidización negativa. Al final

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