6.- Ácidos nucléicos

Los ác. nucleicos dirigen y controlan la síntesis de proteínas. Contienen las instrucciones para construir un organismo completo a través de sus proteínas. Hay dos tipos de ác. nucleicos:
- ADN
-  ARN

1) Nucleótidos, enlaces y funciones biológicas.

Los nucleótidos son los monómeros de los ác. nucleicos. A diferencia de otros monómeros de otras  moléculas orgánicas, al efectuarle hidrólisis da lugar a tres moléculas diferentes que son:
- Ac. Ortofosfórico 
- Pentosa:
· Ribosa (β-D-Ribofuranosa)
· Desoxirribosa (β-D-Dexosirribofuranosa)
- Bases Nitrogenadas:
· Púricas (2 anillos) Hexagonal.
· Piramidinicas (1 anillo) Hexagonal)
Estas últimas presentan muchos dobles enlaces, la mayoría son resonantes y tienen electrones desfocalizados que provocan cargas eléctricas fluctuantes, que permiten a las bases nitrogenadas capturar electrones.
Además de ser los monómeros de los ác. nucleicos, combinados con otras sustancias forman moléculas de gran importancia biológica.

2) Nucleótidos de interés biológico.
El Adenosin monofosfato tiene la capacidad de enlazarse con uno o dos fósforos inorgánicos, convirtiéndose en ADP. En el segundo enlace se forma un enlace de alta energía, para vencer la repulsión eléctrica del AMP (2^-) con Pi (3^-).
Si aparece otro Pi se forma ATP formado también por un enlace de alta energía.
Contiene energía química de enlace, ya que funciona como “moneda de cambio” en la célula, siendo la única forma de energía para los s.v. Son nucleótidos, no nucleicos, funcionando como coenzimas transportadores de energía.
El mas utilizado es el ATP/ADP, pero también aparecen los demás cambiando la Adenina por Timina, Guanina o Citosina.
· ATP/ADP
· GTP/GDP
· TTP/TDP o UTP/UDP
· CTP/CDP
El AMP cíclico funciona como un segundo mensajero, son moléculas que transmiten información, como la  hormonas y neurotransmisores. Cuando la hormona llega al receptor el AMP produce el efecto dentro de la célula. El primer mensajero seria la hormona o el neurotransmisor.

* Enlace fosfodiester.
Cuando un nucleótido se enlaza con otro mediante el fosforo y el OH de otro nucleótido, se produce un enlace covalente/fuerte  que permite unirse a 10⁵ o 10⁶ nucleótidos como pasa en el ADN.
El nucleótido que tenga el carbono 3´ libre es el primero y el ultimo es el nucleótido que presenta el carbono 5´ fosforilado, en el cual interviene la pentosa y el fosforo, quedando la base colgada.

3) Estructura de los Ác. nucleicos.

+ ADN
Es un polímero de desoxirribonucleotidos 5´MP de A, T, C, G. En disolución toma una forma de modo espontaneo al igual que las proteínas. Su estado nativo (menos energía, más enlaces) es el resultado de la superposición de sus estructuras 1º, 2º, 3º, 4º.
-> Estructura 1º ADN.
Es la unión de los nucleótidos de A, T, C, G mediante enlaces fosfodiester. Dado que los nucleótidos que forman el polímero son diferentes, presentan orden, secuencia de nucleótidos, por lo que tiene información genética (planos para construir proteínas). Esta secuencia es específica de cada especie, pero también de individuo dentro de la especie.
-> Estructura 2º ADN
Se descubrió de forma indirecta por Waston y Crick. Modelo de la doble hélice que explicaban las propiedades del ADN. Una molécula de ADN se compone de dos cadenas de nucleótidos enfrentadas, helicoidales y unidas por las bases nitrogenadas. La hélice era a derechas, cadenas antiparalelas trenzadas.
La unión entre las cadenas se produce mediante puentes de hidrógenos entre las bases nitrogenadas enfrentadas, igual que una “escalera de caracol” los pasa manos son los Pi y pentosas y los peldaños las bases nitrogenadas.
Los puentes de hidrogeno solo se producen entre A y T o G y C. Como son enlaces débiles se forman muchos. Esto le da una característica como a las proteínas por lo que se puede desnaturalizar o renaturalizar.
-> Estructura 3º y 4º ADN
Tienen como finalidad meter unas moléculas extraordinariamente largas (10⁶ nucleótidos) dentro de células extraordinariamente pequeñas.

Una cadena de ADN de un procariota extendida mide 1m.m. por lo que se superenrrolla el ADN sin ayuda de proteínas, cerrándolo sobre si mismo formando el único cromosoma presente en estos organismos, contrayéndolo hasta 10^-3m.m.

En los eucariotas el problema es mayor, ya que el ADN humano por ejemplo tiene una longitud de 2m. Teniéndolo que meter en el núcleo celular que mide 2.10^-9m de diámetro. Esto es posible gracias a una proteína llamada nucleósoma, que tiene forma de cilindro en la que cabe dos vueltas de ADN. La nucleasa es la unidad estructural, el conjunto de estas forma el llamado “Collar de perlas” que se enrolla formando selenoide que se pliegan y repliegan formando bucles. Esta es la forma activa del ADN, el cual esta funcionando, duplicándose o expresándose. Esto se conoce como cromatina, en el que la célula se encuentra en interfase (no división).
Cuando la célula se va a dividir la cromatina se enrolla, compacta y se condensa (se hace visible) para una división equitativa, esto forma la estructura 3º.

Cuando ocurre esto el material genético pasa a llamarse cromátida. Dos cromátidas “hermanas” forman un cromosoma. Los cromosomas forman la estructura 4º.

+ ARN

EL ARN es polímero de ribonucleótidos 5´MP. El ARN es más inestable que el ADN ya que este tiene que perdurar y el ARN no, esto es así por usar ribosa que es más fácil de hidrolizar.
La estructura del ARN también presenta estructura 1º que es la secuencia de ribonucleótidos. Una molécula de ARN siempre es una cadena a diferencia del ADN que son dos, aunque tiene partes complementarias (bucles), las cuales forman la estructura 2º doble hélice como el ADN. Todo esto unido forma la estructura 3º llamada “hoja de trébol”, que es típico del ARN ribosómico y transferente.
· ARN_mensajero.
Solo tiene estructura 1º, tiene una relación lineal con el ADN, por lo que son complementaria.
EL ARN_m copia un gen de la cadena de ADN, la cual tienen la información para crear una proteína. El ARN_m transmite la información hasta los ribosomas (citoplasma) que son los encargados de fabricar las proteínas.
El ARN_m es el 3-5% del ARN total de la vida. Dura escasamente un minuto, ya que se degrada inmediatamente para que no se fabrique continuamente la prot. Igual que todos los ARN se producen en el núcleo y actúan en el citoplasma.
· ARN_ribosómico.
Es el 80-85% del ARN total de la celula, tiene un elevado % de complementariedad por lo que presenta estructura 3º, haciéndolo que sea compacto.
ARN_r + Muchas prot. diferentes dan lugar a los ribosomas, que son realizadores mecano-quimico de las proteínas. Es el único orgánulo macizo , en ellos se fabrican las proteínas, “leyendo” y “traduciendo” el código genético que contiene el ARN_m.
Los ribosomas ocupan dos tripletes para “leerlos” y permiten el acceso a ello los ARN_t, uniéndolo entre si, “traduciéndolos”
· ARN_traferente.
Es alrededor del 10% del total del ARN. Son moléculas pequeñas y tienen un 80% de bases complementarias. Esto le permite una estructura 3º en “hoja de trébol”, debido a la estructura 2º mas los bucles. Todos los ARN_t son específicos del Aa que transporta.
En el extremo 3´de la cadena se une con Aa y su complementario esta en el anticodon. La función del ARN_t es transportar los Aa hasta los ribosomas.  

4)  Codigo genético.

El ADN contiene la información genética, dividida en fragmentos que son los los genes. Los genes contienen la información necesaria para fabricar todos los ARN (Ribosomico, Transferente y Mensajero). Los ARN_m son para fabricar proteínas mientras que los otros dos ARN se encuentran en forma de secuencia de nucleótidos (polimeros de monómeros diferentes por lo que contienen información).
El código genético es como un “idioma” ya que contiene “letras” (Adenina, Timina, Citosina y Guanina), las letras se asocian formando “palabras”/conceptos (20 Aa diferentes) y estas palabras están formadas por tripletes. Una serie de palabras enlazadas forman “frases” con sentido completo, esto serian los genes. La informacion para formar un ARN completo. El ARN_m tiene información para fabricar una cadena polipeptida completa.

En los eucariotas los genes no son continuos sino discontinuos, el 90% son intrones no tienen sentido llamándolo “chatarra genética” y el resto del gen llamados exones que si tiene sentido, esto funciona para evitar las mutaciones. El ARN_m es el gen completo con exones y intrones, por lo que necesita una maduración.

El código genético puede presentarse en forma de ADN o de ARN ya que son complementarios.
El código genético es universal, ya que es igual para cualquier ser vivo, hasta los propios  virus, como por ejemplo el triplete ATC que es en todos los S. vivos Aa₇, asi que todos tenemos antepasados común. No es solapado, esto quiere decir que un nucleótido solo forma parte de un triplete.No tiene ni punta ni final, si no tripletes de iniciación y tripletes de finalización, que marcan el inicio y el final del genes.

EL código genético es degenerado, 1 Aa expresado/determinado  por diferentes tripletes, pero no es imperfecto por ser degenerado, lo seria si un triplete para diferentes Aa.  Esta característica es deseada ya que el codón y el anticodon serian complementario y su unión seria muy fuerte. Por ello no lo son para poder sair

La especificidad esta en las dos primeras bases, la tercera se tambalea.

* Transcripcion.

El código genético se encuentra en ADN, la estructura primaria del ADN puede determinar la estructura primaria de las proteínas directamente. Como el ADN no pude ir desde el nucleo hasta el citoplasma para la síntesis de proteínas, se copia un gen en forma de ARN_m mediante transcripción. Los ARN _r,t,m se producen por transcripción, producidas por unas enzimas llamadas ARN polimerasa - ADN dependiente.

Las ARN polimerasas – ADN dependiente se une a las cadenas 3´=> 5´del ADN promotor donde se encuentras unos nucleótidos de A y T, por donde se desenrolla una vuelta de hélice y comienza a fabricar una de ribonucleotidos 5´MP complementaria (A=>T, C=>G, T=>U) y antiparalelas. A medida que avanza se va cerrando la hélice. Comienza en el codon de iniciación AUG hasta el codón de finalización.

- Este proceso de transcripción es diferente entre organimos eucariotas y procariotas, en el caso de los eucariotas después de la transcripción le sigue un proceso de maduración llamado metabolismo postranscripcional para eliminar los intrones del ARN_m.
- La maduración del ARN_m eucariota la produce una enzima llamada ribonucleoproteinas pequeñas nucleares. Estan formas por prot y ARN que es complementario con la secuencia principio y final del intron, uniéndolos y cortándolos. Luego aparecen otras enzimas llamadas ligasa, que van uniendo los trozos.
- Otra diferencia entre eucariotas y procariotas es que en el OH  del extremo 3´de los eucariotas se coloca una caperuza llamada 7-metil glucosamina tritofosforilada que funciona como señal de reconocimiento para los ribosomas.

Tanto en los eucariotas como los procariotas el extremo 5´del ARN_m hay una secuencia de 200 nucleotidos de A llamados poli A.

El poli A tiene un papel fundamental en la síntesis de proteínas de los eucariotas.

*  Replicacion / Duplacacion / autoduplicacion.

El ADN es la única molecula organica capaz de servir de molde en su propia duplicación. El ADN contiene la información genética para la construcción de una celula, s. vivo, por lo que las células antes de dividirse duplican su ADN  para repartir dos copias exactas de la información entre las células hijas.
En las células eucariotas lo hacen mediante ADN polimerasa que sin las enzimas más complejas, no presenta un centro activo, sino que son varios con el que se une la cadena molde. El extremo 3´de la cadena en formación un nuevo nucleótido trifosforilado (-> 2Pi) formando un enlace ester 5´<- 3´
Además la hexonucleasa “mira” atrás cortando si encuentra algún error y sustituyendo el nucleótido.
Una vez que se une la polimerasa comienza la replicación donde se va abriendo las cadenas y se polimerizan los nucleótidos complementarios a los del molde, avanzando como una “cremallera” al abrirse, que se conoce como “orquilla de replicación”.
El ADN polimerasa solo “lee” 3´-> 5´, por lo que la cadena 3´- > 5´la “lee” continua, mientras que la cadena 5´<- 3´la “lee” a trozos hacia atrás. Por ello la cadena 3´-> 5´ va más rápido con lo que se conoce como Hebra Conductura de sintesis continua y la otra al ir más lenta Hebra Retardada de síntesis discontinua.      
El ADN poli Aa diferencia del ARN poli no sabe empezar una cadena, si no solo alargarlas, por lo que se necesita una ARN polimerasa llamada primasa, que comienza las replicaciones.
El ARN primer (primasa) que es un ARN-cebador abre la cadena y sigue el ADN poli. El comienzo que esta en ARN, se corta y rellena el hueco el ADN poli I. Este trozo de primer se conoce como Okazaki. Luego aparece otro ADN poli llamado ligasa que une el primer al resto de la cadena. En la cadena conductora solo ocurre una vez, mientras que en la cadena retardada lo hace cada vez que adelantam de ahí el retardo.

Tambien intervienen otras proteínas como por ejemplo; Lo primero es partir los puentes de hidrogeno para separar las cadenas con una proteínas llamada helicasa. Como las dos cadenas están trenzadas, que al separarlas provoca un superenrollamiento, para evitar este  hay una proteína llamada topoisomera que relaja el superenrollamiento causado por el desenrollamiento. A medida que la cadena se va separando se va duplicando pero llega un momento que hay cadena separada y por ello inestable, por lo que actua una proeina llamada SSB que estabiliza la cadena sencilla.      

La replicación se produce tan rápido que se polimerizan 45.10³ nucleotidos /minuto, bastante preciso, la mayoría de estos errores se restauran durante la duplicación. Consiste en colocar un nucleótido que es complementario con la cadena, aparece una endonucleasa que corta el fracmento y una exonucleasa (ADN poli I) que elimina y rellena el hueco, mientras que la ligasa pega las cadenas. Aun con todo esto pueden permanecer errores del orden de 1 error/ 10⁴.10⁸ nucleotidos polimerizados.
Estos errores pueden ser beneficiosos para la especie, como son las mutaciones que no afectan a la viabilidad de los individuos, ya que esto produce variabilidad genética en las poblaciones entre las que elegir la selección natural los va a favorecer, produciendo la evolución.

5) Ribosomas.
Son los únicos orgánulos macizos que presentan las células, se trata de complejos supramoleculares, esto quiere decir que son la asociación de varios macromoléculas, varios ARN _r (65%) y hasta 50 proteinas diferentes. Todo constitye dos subunidades que se fabrican por separado.
Se produce un autoensamblaje espontaneo por estereoespecificidad alrededor de un ARN_m.
Cuando se ensamblan aparece unas propiedades que no estaban presente cuando estaban sepados, estas propiedades le permiten cooperar reversiblemente con otras moléculas; ARN_t, prot. (factor), GTP en lugares estereoespecificos del ribosoma.
La entrada y salida de estas moléculas del ribosoma mas la hidrólisis del GTP, produce cambios en cada una de las estructuras de las moléculas del ribosoma y en el el ribosoma completo desembocando en la síntesis de proteínas.

- Biosintesis de proteínas en procariotas.

Antes de fabricar una prot. ocurre un par de cosas:
Se transcribe en forma de ARN_m el gen que codifica esa prot. Esto lo produce un ARN polimerasa que se fija a la cadena 3´-> 5´del ADN que polimeriza un ARN_m antiparalelo 5´<- 3´y complementario de la cadena. Esto seria el “plano”.

Ademas paralelamente también en el citoplasmas ocurre la activación de los Aa (aportarle laenergia necesaria para formar los enlaces peptídicos). La formación de ARN_t aminoacil con el ARN_t especifico.

La función del ribosoma es “leer” y “traducir” el gen. Leer permite el acceso del ARN_t a sus codones, mientras que traducir permite formar el enlace peptídico entre los Aa situados.

La síntesis de proteína consta de tres partes:

Fase 1- Iniciacion

Comienza cuando el ribosoma 30s localiza en el ARN_m el codón de iniciación (estemo 5´) que es el complementario con el ARN_t que lleva el Aa formilmetionina (primer Aa de procariotas), este Aa tiene la característica que lleva el grupo amino bloqueado, por ello es el 1º. La unidad 30s siempre ocupa dos tripletes. La llegada de un factor de inizacion y la hidrólisis del ATP permite la llegada de la subunidad 50s, con lo que se conoce como Complejo de iniciación.
Fase 2- Elongacion
Ocurre cuando en el complejo entran y salen factores de elongación, mas la hidrólisis del GTP, en este momento el segundo codón se situa