UD. 6. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS.

ÍNDICE.

Introducción
Composición de los ácidos nucleicos
1. Los nucleósidos
2. Los nucleótidos
3. Los ácidos nucleicos
El ácido desoxirribonucleico (ADN)
1. Composición del ADN
2. Estructura del ADN
  1. Estructura primaria
  2. Estructura secundaria
  3. Estructura terciaria - cromatina: nucleosómica (collar de perlas) y de Solenoide.
  4. Estructura cuaternaria: cromosoma.
  5. Localización del ADN
  6. Función del ADN
El ácido ribonucleico (ARN)
1. Composición del ARN
2. Estructura del ARN
3. Localización del ARN
4. Tipos de ARN
Tipos de ARN (ARNm, ARN y ARNt), estructura y función.
Diferencias entre el ADN y el ARN

CONTENIDOS MÍNIMOS PARA LA EBAU ESTABLECIDOS POR LA COORDINACIÓN DE BACHILLERATO 2024-2025.

UD5. Los ácidos nucleicos: tipos, características químicas, estructura y función biológica.

5.1. Ácidos nucleicos. Concepto.

5.2. Fórmula general de un nucleótido.

5.3. Importancia de los nucleótidos: ATP y AMPc.

5.4. El enlace fosfodiéster (nucleotídico): dinucleótidos, oligonucleótidos y polinucleótidos.

5.5. ADN. Estructura primaria y secundaria. (Modelo de Watson y Crick). Desnaturalización del ADN.

5.6. Funciones del ADN.

5.7. Niveles estructurales superiores de empaquetamiento del ADN: estructura nucleosómica (collar de perlas) y de solenoide.

5.8. ARN. Tipos (mensajero, ribosómico y transferente): estructura y función.

INTRODUCCIÓN

“Hemos encontrado el secreto de la vida”. De esta manera se expresaba Francis Crick el 28 de febrero de 1953 para anunciar a los asistentes, que junto con su compañero James Watson, había conseguido descubrir la estructura molecular del ADN.

Actualmente, no sólo se conoce la estructura del ADN y su función como almacén de la información genética, sino que se puede manipular e introducir en un ser vivo para modificar su constitución y la de sus descendientes. El conocimiento del ADN y el desarrollo de las técnicas que permiten manipularlo están marcando, sin duda, una etapa en la historia de la humanidad.

COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS (AcN)

Los AcN son macromoléculas biológicas que realizan funciones muy importantes en todos los seres vivos. Son encargadas de almacenar, transmitir y expresar la información genética. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico).

Son polímeros biológicos (biomoléculas), macromoléculas constituidas por subunidades más sencillas denominadas nucleótidos, que a su vez están formados por la unión de una base nitrogenada + azúcar con cinco átomos de carbono (pentosa) = nucleósido (unidas por enlace N-glucosídico) que se une a una molécula de ácido fosfórico (H₃PO₄) por enlace éster fosfórico) (El P da el carácter ácido a los ácidos nucleicos)

Las bases nitrogenadas (bN) son compuestos heterocíclicos, formados por C y N. Las estructuras que forman son planas. Existen dos tipos de bases nitrogenadas: púricas (adenina y guanina) y pirimidínicas (citosina, timina y uracilo).

La pentosa pueden ser la ribosa (β-D-ribofuranosa), que se encuentra en los nucleótidos del ARN o ribonucleótidos y la desoxirribosa (β-D-2-desoxirribofuranosa), presente en los nucleótidos del ADN o desoxirribonucleótidos. Los átomos de carbono de la pentosa cuando forman parte de los nucleótidos, se enumeran como 1´,2´,3´,4´ y 5', para evitar confusiones con la numeración dada a los átomos de las BN .

El ácido fosfórico se encuentra en los nucleótidos en forma de ion fosfato.

2.1 Los nucleósidos (= pentosa + bN unidas por enlace N-glucosídico)

Los nucleósidos se forman mediante la unión de una pentosa: ribosa o de una desoxirribosa, con una base nitrogenada, mediante un enlace N-glucosídico entre el C 1´de la pentosa y el N 1 de la base nitrogenada, si ésta es pirimidínica, o el N 9 si es una base púrica.

Los nucleósidos se nombran añadiendo la terminación

–osina al nombre de la base púrica
–idina en el caso de bases pirimidínicas.

Por ello, los nombres de los nucleósidos con ribosa son: adenosina, guanosina, citidina, y uridina.

Si la pentosa es la desoxirribosa se antepone el prefijo desoxi-; así los nombres de estos nucleósidos son: desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxicitidina y desoxitimidina.

2.2 Los nucleótidos (ojo, no son AcN, los forman)

Los nucleótidos se forman al unirse una molécula de ácido fosfórico y un nucleósido. El ácido fosfórico se une al C 5´ de la pentosa mediante la formación de un enlace éster fosfórico.

Los nucleótidos se nombran quitando la “a” final del nombre del nucleósido y añadiendo el término “5´-monofosfato”. Así pues los nucleótidos son:

NUCLEÓTIDOS DEL ARN	NUCLEÓTIDOS DEL ADN
Adenosín-5´-monofosfato (AMP)	Desoxiadenosín-5´-monofosfato (dAMP)
Guanosín-5´-monofosfato (GMP)	Desoxiguanosín-5´-monofosfato (dGMP)
Citidín-5´-monofosfato (CMP)	Desoxicitidín-5´-monofosfato (dCMP)
Uridín-5´-monofosfato (UMP)	Desoxitimidín-5´-monofosfato (dTMP)

En la práctica se suele emplear simplemente la inicial de cada base nitrogenada (A, G, C, T y U).

Algunos nucleótidos se presentan libres en la naturaleza formando parte de otras moléculas que no son ácidos nucleicos, por ejemplo, como moléculas portadoras de energía (ATP Y GTP), moléculas señalizadoras o coenzimas (NAD+, NADP+, FAD+).

IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LOS NUCLEÓTIDOS

Son los componentes esenciales de los ácidos nucleicos (nucleótidos nucleicos), tanto del ADN (ácido desoxirribonucleico) – información genética, como ARN (ácido ribonucleico) – expresar la información genética a proteínas. ¿Recuerdas el Dogma Central de la Biología Molecular?
Pueden actuar como acumuladores y donadores de energía (baterías celulares) como ocurre con el ATP (Adenosín trifosfato) o el GTP (Guanosín trifosfato). Así, por ej, el ATP cuando es hidrolizado (mediante una molécula de agua) origina: ADP + Pi (fosfato inorgánico) + ENERGÍA. El ADP (Adenosín difosfato) obtenido de la reacción anterior puede hidrolizar su otro enlace rico en energía y obtener: AMP (Adenosín monofosfato) + Pi + ENERGÍA.

Pueden desempeñar importantes funciones como coenzimas. Las siguientes son coenzimas oxidadas obtenidas a partir de nucleótidos (nucleótidos no nucleicos):

NAD⁺  Nicotinamín adenosín dinucleótido
NADP⁺  Nicotinamín adenosín dinucleótido fosfato
FAD⁺ Flavín adenosín dinucleótido
Coenzima A (Co A)  Ácido pantoténico + nucleótido de adenina. Interviene en la transferencia de grupos acilo.

Ejemplo ejercicio. En relación con los nucleótidos:
a) ¿Cuáles de ellos están químicamente relacionados con las vitaminas?
NAD+ y FAD.
b) ¿Cuál es su función?
Actúan como coenzimas en las reacciones metabólicas de deshidrogenación captando H+ y electrones.
c) ¿De qué vitaminas se trata?
La vitamina B3 y la vitamina B2.

d. Pueden actuar como 2º mensajeros. Un segundo mensajero es una molécula empleado en las rutas de transducción de la señal en las células como respuesta a un estímulo externo o interno. Ejemplo el AMP_c (Adenosín monofosfato cíclico), que se sintetiza a partir del ATP por la acción de la enzima Adenilato ciclasa como respuesta a la unión específica a los receptores de membrana de hormonas como la insulina, su antagónico el glucagón o la adrenalina, o una respuesta de regulación postraduccional.

2.3 Los ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son polinucleótidos formados por la unión de nucleótidos mediante enlace fosfodiéster que se establece entre un OH del ácido fosfórico situado en el carbono 5´de un nucleótido y el OH del carbono 3´de otro nucleótido, liberándose en el proceso una molécula de agua.

Según el tipo de pentosa que poseen, se distinguen dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN).

Tarea clase.

3. EL ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)

El médico suizo F. Miescher aisló en 1869 a partir de núcleos celulares de leucocitos, una sustancia formada químicamente por C, H, O, N y P, a la que denominó nucleína. Posteriormente, se demostró que la sustancia aislada era un ácido y se llamó ácido nucleico.

En los años 30, A. Kossel y P. Levene establecieron que la nucleína era el ácido desoxirribonucleico (ADN), constituido por subunidades que se repiten en la molécula (desoxirribonucleótidos).

3.1 COMPOSICIÓN DEL ADN

El ácido desoxirribonucleico o ADN está formado por una larga cadena de polidesoxirribonucleótidos, los cuales, están constituidos por la pentosa desoxirribosa, un ácido fosfórico unido al carbono 5´de la pentosa y una base nitrogenada en el carbono 1´que puede ser la Adenina (A), timina (T), citosina (C) o guanina (G). Los desoxirribonucleótidos están unidos mediante enlaces fosfodiéster en sentido 5´ 3´, es decir, formados entre el -OH del carbono 3´del último nucleótido de la cadena y el -OH del grupo fosfato unido al carbono 5´del nuevo nucleótido que se añade a ella. El peso molecular de estos polímeros es muy elevado; por ejemplo, en el caso del hombre, es de 3,6x10¹² Da o u.

3.2 ESTRUCTURA DEL ADN

El ADN es un polímero lineal que, como las proteínas posee diferentes niveles estructurales. Presenta fundamentalmente, E1ª y Eª2; aunque asociado o no a proteínas nucleares (histonas), adopta estructuras superenrolladas o empaquetadas que equivaldrían a una Eª3.

ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADN

La E1ª del ADN es la secuencia de nucleótidos de una sola cadena o hebra, que puede presentarse como un simple filamento extendido. Se pueden distinguir en ella un esqueleto de polidesoxirribosasfosfato y una secuencia de bases nitrogenadas.

Una cadena de ADN presenta dos extremos libres: el 5´ unido al grupo fosfato (primer nucleótido de la cadena), y el 3´unido a un hidroxilo -OH (último nucleótido).

Las cadenas de nucleótidos se diferencian en el tamaño, la composición y en la secuencia de bases nitrogenadas que indica el orden en que A, T, C y G se sitúan en la cadena.

Cuando se representa una cadena de ADN, normalmente solo se indica la secuencia de desoxirribonucleótidos de manera abreviada y los extremos 5' y 3'. Así, por ejemplo, la representada en el margen izquierdo sería: 5´ACTG 3´.

Los análisis químicos han demostrado que el % de G, C, A y T es el mismo para todos los individuos de una misma especie (regla de Chargaff para ADN 2c). Este hecho se debe a que las características son muy similares dentro de la especie aunque pueden existir pequeñas variaciones por mutaciones.

ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN

La Eª2 del ADN es la disposición en el espacio de dos hebras o cadenas de polinucleótidos en forma de doble hélice, con las bN enfrentadas y unidas mediante puentes de H. Esta estructura se dedujo a partir de los siguientes datos experimentales:

La densidad y la viscosidad de las dispersiones acuosas del ADN eran superiores a las esperadas, es decir, de las que se habían calculado a partir de su composición qª y su modelo molecular.
Al realizar análisis qº de la frecuencia de aparición de nucleótidos, Chargaff observó en 1950 que todos los ADN tenían tantas moléculas de Adenina (A) como de timina (T), y tantas de citosina (C) como de guanina (G), es decir, que se cumplían las siguientes igualdades: Nº de A / Nº de T = 1 y Nº de C / Nº de G = 1. APUNTA - estas proporciones pueden variar levemente en el caso de células eucariotas por mutaciones por errores replicativos - en procariotas y virus estos % pueden variar más debido a que su tasa de mutaciones es mucho mayor.

Ejercicio. Si en una determinada molécula de ADN existe un 28 % de timina, ¿Qué proporción habrá de cada una de las bases nitrogenadas restantes?

Esto implicaba que los puentes de H se establecían entre la A y T y, por otro lado, entre C y G. Dadas las características de estas moléculas, entre A y T deben establecerse dos puentes de H, y entre C y G tres puentes de H.

Por último, los estudios mediante difracción de rayos X aportaron nuevos datos sobre la Eª del ADN. La técnica de difracción de rayos X se basa en la desviación que sufren éstos cuando inciden sobre los átomos de una molécula. Los rayos X impresionan una placa fotográfica, dando lugar a un dibujo de puntos en el que se pueden medir la desviación de los rayos y deducir las distancias entre los átomos de la molécula que se estudia.

Rosalind Franklin, la descubridora desconocida del ADN. En un entorno de hombres y difícil, Rosalind obtuvo una fotografía de difracción de rayos X de una fibra de ADN, la famosa “Fotografía 51”, que revelaba de manera inconfundible su estructura. J. Watson y F. Crick tomaron esta imagen sin consentimiento.

A partir de los estudios del ADN mediante difracción de rayos X, Franklin y Wilkins observaron entre 1950 y 1953 que el ácido desoxirribonucleico tenía una estructura fibrilar de 20 A de diámetro, en la que se repetían ciertas unidades cada 3, 4 A, existiendo otra repetición mayor cada 34 A.

Basándose en los datos anteriores, J. Watson y F. Crick elaboraron, en 1953 su modelo de estructura secundaria del ADN. Por este trabajo recibieron el premio nobel de medicina en 1962.

Modelo de estructura secundaria de Watson y Crick (1953)

El modelo de Eª2 del ADN propuesto por Watson y Crick pone de manifiesto que la estructura de la molécula del ADN presentan las siguientes características:

Es una doble hélice de 2 nm o 20A (1nm = 10 elevado a -9 m) de diámetro formado por dos cadenas de polidexosinucleótidosfosfato enrolladas alrededor de un eje imaginario.
El enrollamiento de la doble hélice es dextrógiro (hacia la derecha) y plectonémico, es decir, que para que las dos cadenas se separen es necesario que se desenrollen.
Las bN se encuentran situadas en el interior de la Eª y los planos de sus anillos son paralelos entre sí y perpendiculares al eje de la doble hélice. Esta estructura recuerda a una escalera de caracol en la que los peldaños son las bNs y los pasamanos las cadenas formadas por el pentosa y el ácido fosfórico.
Las cadenas de polinucleótidos son antiparalelas, es decir, una se encuentra en dirección opuesta a la otra: si una presenta la dirección 5´ 3´ la otra será dirección 3´ 5´.
Las secuencias de bN de ambas cadenas son complementarias, ya que existe una correspondencia entre la bases de ambas cadenas, de tal forma que la A solo puede estar frente a la T y la C frente a la G. La correspondencia entre las bases es la causa de que las dos cadenas de ADN posean secuencias complementarias. La unión entre las bases se produce mediante puentes de H: dos puentes de H en los pares A-T y tres en los pares C-G. Por tanto, el enlace C-G es más fuerte que el A-T; de ahí que la cadena de ADN que posea mayor número de pares C-G será más estable al efecto de la temperatura y la desnaturalización.
Cada pareja de nucleótido está separada de la siguiente por una distancia de 0,34 nm y cada vuelta de la doble hélice está formada por 10 pares de nucleótidos; esto supone una longitud de 3,40 nm por vuelta de hélice.

En la actualidad se conocen tres tipos de estructura en doble hélice del ADN: las formas B, A y Z:

Forma B. Es la descrita por Watson y Crick. Es una hélice dextrógira con las bases complementarias en planos horizontales. La forma B es la más frecuente.
Forma A. También es dextrógira pero las bases complementarias se encuentran en planos inclinados. Esta forma aparece cuando se deshidrata el ADN, no se ha encontrado en condiciones fisiológicas.
Forma Z. Es levógira y tiene un enrollamiento irregular que provoca una configuración en zigzag.

ESTRUCTURA TERCIARIA y CUATERNARIA. Niveles superiores de empaquetamiento del ADN: estructura nucleosómica (collar de perlas),de solenoide (E3ª) y cromosómica (E4ª)

NIVELES ESTRUCTURALES DEL ADN.

ESTRUCTURA 1ª del ADN = es la secuencia de nucleótidos de una sola cadena o hebra.

ESTRUCTURA 2ª del ADN o fibra de 2nm = modelo de propuesto por Watson y Crick = Doble hélice dextrógira.

En eucariotas la ESTRUCTURA 3º del ADN se corresponde con la CROMATINA= Eª2 enrollada en proteínas llamadas Histonas (Sucesión de nucleosomas (octámeros de histonas)) formando una fibra de cromatina de 11 nm de diámetro o, también llamada, Eª en collar de perlas.

ESTRUCTURA 4ª se corresponde con el Eª3 del ADN o collar de perlas empaquetas adoptando dos posibles Eª:

En el modelo del SOLENOIDE (el más probable) el ADN se enrolla helicoidalmente, con 6 nucleosomas en cada vuelta. Forma una fibra de 30 nm, también fibra de cromatina del núcleo en interfase.
En el modelo de superbolas (el menos probable), la fibra se forma por una la unión de unas bolas que contienen cada una 12 nucleosomas.

Esta última, las fibras de 30nm, se empaquetan aún más durante la división celular (núcleo en división):

Nivel de rosetones en bucles o fibra de 300nm. y
Espiral de rosetones o fibra de 700 nms = cromáticas.
Finalmente la unión de dos cromáticas hermanas forman los cromosomas (1400nm) visibles con el microscopio óptico durante la división celular (mitosis y meiosis)

La doble hélice de ADN en estado natural es muy estable; pero si se calienta una dispersión de fibras de ADN, cuando la temperatura llega aproximadamente los 95-100º, las dos hebras de la doble hélice se separan, ed, se producen la desnaturalización del ADN. Si posteriormente se mantiene el ADN desnaturalizado a 65ºC, las dos hebras vuelven a unirse.

Esta restauración de la doble hélice es lo que se denomina renaturalización y es lo que permite la hibridación (unión de hebras de distinto ADN, de diferentes individuos) proceso en el que se basan:

Investigaciones policiales: La detección de criminales, identificación de cadáveres o las pruebas de paternidad.
Estudios filogenéticos que evalúan el grado de parentesco entre individuos de una especie o entre especies.
Diagnostico de enfermedades: detección de genes mutados, de material genético de virus, bacterias...

La desnaturalización y renaturalización han dado lugar a técnicas de ingeniería genética o biotecnología, como la hibridación, tecnologías del ADN recombinante, PCR, etc.

OJO. No sólo hibrida ADN-ADN también ADN-ARN

Ejercicios clase.

¿En qué consiste la desnaturalización del ADN? Cita un método para desnaturalizar el ADN. ¿Es reversible este proceso? Razona tus respuestas.
La temperatura a la cual se separan las dos hebras de ADN se denomina punto de fusión. ¿Tendrá el mismo punto de fusión un ADN en el que predomina la base nitrogenada guanina que otro ADN donde hay abundancia de adenina? Razona tu respuesta.

Describe el proceso por el que se puede obtener una molécula de ADN que tenga cada una de sus hebras de individuos distintos.

Solución. El primer paso es separar las dobles hélices de los individuos distintos. Esto se hace calentando hasta que se rompen los enlaces de hidrógeno que existen entre las bases nitrogenadas de las dos cadenas. A continuación, se mezclan los ácidos nucleicos y se formarán fragmentos de ADN híbridos.

3.2 LOCALIZACIÓN DEL ADN

En las células eucariotas el ADN forma moléculas lineales que se encuentra principalmente en el núcleo, pero también en las mitocondrias y en los cloroplastos. El ADN nuclear está asociado a proteínas, las histonas, formando las llamadas nucleoproteínas. En procariotas el ADN no es lineal sino circular y se localiza en el centro de la célula formando el nucleoide - APUNTA. además, procariotas tienen pequeñas moléculas de ADN también circular llamados plásmidos de gran importancia en ingeniería genética.

3.3 FUNCIÓN DEL ADN

La función del ADN es el almacén de la información genética y transmisión de la misma a la descendencia. En el ADN se encuentran las instrucciones necesarias para construir todas las proteínas presentes en un ser vivo, por medio de los procesos de transcripción y traducción. Para ello tiene la capacidad de realizar copias de sí mismo mediante un mecanismo, la replicación o duplicación, que se basa en la complementariedad de las bases nitrogenadas de las dos cadenas de ADN.

Replicación: el ADN se replica o duplica, haciendo copias de sí mismo. Se libera de las histonas, se abre separando las dos cadenas y se sintetiza la complementaria de cada una. Así se forman dos copias idénticas para repartir a las células hijas en la división celular, pasando la información genética de generación en generación.
Almacenamiento de la información genética: contiene, en lenguaje químico (secuencia de bases- código genético) la información necesaria para sintetizar todas las proteínas de un organismo.
Transcripción: la información del ADN se transcribe al ARNm, gracias a la complementariedad de bases A=U y G≡C.
Traducción: el mensaje del ADN se convierte en proteínas. Los ribosomas leen el ARNm y fabrican una proteína con ayuda del ARNt que aporta los aa.

OJO Si multiplicamos el valor de los 2 metros de ADN (desenrollado Eª2, en 10 milésimas de mm) que hay en cada una de nuestras células obtenemos nada menos que 20 billones de metros o 20 mil millones de kilómetros (entre 15 y 20) de ADN por persona. ¡Una cantidad de ADN suficiente para dar 20 vueltas al Sol siguiendo la órbita terrestre! Flipa!!!!

4. EL ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)

4.1 COMPOSICIÓN DEL ARN

El ácido ribonucleico o ARN está constituidos por nucleótidos de ribosas, con las bases A, G, C y uracilo (U), por tanto, no tiene timina (T). Estos ribonucleótidos se unen entre ellos mediante enlaces fosfodiéster en sentido 5´ 3´, como el ADN.

4.2 ESTRUCTURA DEL ARN.

A diferencia del ADN, el ARN es casi siempre monocatenario (formado por una sola cadena de nucleótidos), excepto en algunos virus como los reovirus que es bicatenario (dos cadenas de ribonucleótidos) - Retrovirus es de ARN 1c que se retrotranscribe a ADN 2c

Se ha observado la existencia de ARN con función biocatalizadora (sin ser proteínas como las enzimas), denominados ribozimas, por lo que se ha sugerido que en el origen de la vida, los ARN pudieron ser las primeras moléculas capaces de autoduplicarse. Después sería el ADN el encargado de almacenar la información genética al ser su cadena más estable.

4.3 LOCALIZACIÓN

El ARN se encuentra en muchos tipos de virus y en las células procariotas y eucariotas. En el interior de la célula eucariota abunda en el núcleo sobre todo en el nucléolo que se encarga de la síntesis de ARNr, y en el citoplasma.

El hecho de que las células que fabrican grandes cantidades de proteínas sean ricas en ARN fue una de las pistas para desvelar la transmisión de la información genética.

4.4 TIPOS DE ARN

ARN mensajero (ARNm)

Es un tipo de ARN cuyas moléculas están formadas por largas cadenas de polinucleótidos de tamaño variable que sólo presentan estructura primaria, por lo que tiene aspecto filamentoso. Su masa molecular oscila entre 100.000 y 1.000.000 Da.

En los procariotas el ARNm poseen en el extremo 5´un grupo trifosfato (5’-3P). En los eucariotas, por su parte, la mayoría de los ARNm poseen en el extremo 5´una especie de caperuza compuesta por un residuo de metil-guanosina unida al grupo trifosfato, y en el extremo 3´presentan una cola formada por un fragmento de unos 150 a 200 nucleótidos de adenina, denominada cola de poli-A.

Los ARNm de eucariotas contienen secuencias de bases que codifican para la síntesis de proteínas (exones) intercaladas con otras secuencias que no contienen información para la síntesis proteica (intrones), es decir, la información genética aparece fragmentada, por lo que se requiere un proceso de maduración antes de convertirse en ARNm funcional. Una característica peculiar de los ARNm es su corta vida, pues pueden transcurrir tan solo unos pocos minutos desde el momento de su síntesis hasta que son degradados.

ver maduración

Función: El nombre de mensajero hace referencia a la función que desempeña, consistente en transportar la información genética del núcleo al citoplasma para que se sinteticen las proteínas. Para ello se copia (por complementariedad de bases A=U, G=C) la secuencia de bases nitrogenadas de un fragmento de ADN al lenguaje del ARN. Cada ARNm contiene la información necesaria para la síntesis de una proteína determinada. Como veremos más adelante, existe una correspondencia entre la secuencia de bases del ARNm y la secuencia de aminoácidos de una proteína (código genético).

ARN ribosómico (ARNr)

Lo constituyen moléculas de diferentes tamaños, con Eª2 y 3ª en algunas regiones de la molécula, que participan en la formación de las subunidades ribosómicas al unirse a más de 60 proteínas distintas.

Función: el ARNr forma parte de la estructura de los ribosomas y contribuye a que los ribosomas posean una estructura acanalada, con hendiduras o sitios capaces de albergar simultáneamente una molécula de ARNm y los diferentes aminoácidos unidos a los ARNt (ARNt-aa) que participan en la síntesis de una cadena polipeptídica.

En los ribosomas existen varias cadenas de ARNr cuyos coeficientes de sedimentación son distintos. Busca información sobre estos coeficientes.

Los ribosomas están formados por dos subunidades, la subunidad mayor y la subunidad menor.

La subunidad mayor del ribosoma contiene tres moléculas de ARNr en los ribosomas eucariotas (28 S, 5,8 S y 5 S) y dos en los ribosomas procariotas (23 S y 5 S).
La subunidad menor contiene una molécula de ARNr (18 S en los ribosomas eucariotas y 16 S en los ribosomas procariotas). Ver apartado siguiente.

ARN nucleolar (ARNn)

En el de las células eucariotas se sintetiza un ARN de elevada masa molecular (45S), que en realidad no es más que el precursor de los diferentes tipos de ARNr. La larga cadena de ARNn 45S se rompe en lugares específicos y da lugar a tres fragmentemos de ARNr: ARNr 28S, ARNr 5,8S y ARNr 18S. El ARNr 28S y ARNr 5,8S forman parte de la estructura de la subunidad mayor del ribosoma y el ARNr 18S de la subunidad menor del ribosoma.

Función: interviene en el proceso de formación de los ribosomas, al escindirse el ARN 45S en los tres tipos de ARNr que forman parte de la estructura de los mismos, ARNr 28S, ARNr 18S y ARNr 5,8S.

ARN-U

Se conocen unos 10 tipos de pequeñas moléculas de ARN (entre 100 y 300 nucleótidos), llamados ARN-U por su elevado contenido en uridina (U). Se asocian a proteínas del núcleo para formar ribonucleoproteínas pequeñas nucleares (RNPpn) que desempeñan un papel fundamental en los mecanismos de corte de los intrones y de empalme de los exones del ARN, por lo que tienen una gran importancia en el proceso de maduración del ARNm eucariota y en la obtención de ARNr a partir del ARN nucleolar 45S.

Función: interviene en la síntesis de las ribonucleoproteínas pequeñas nucleares (RNPpn).

ARN de transferencia (ARNt)

Esta clase de ARN se compone de moléculas pequeñas (entre 80 y 100 nucleótidos) con una masa molecular del orden de 25.000 Da. Algunas regiones presentan estructura secundaria, ya que contienen secuencias de bases complementarias que permiten el emparejamiento intracatenario y la consiguiente formación de una doble hélice; las zonas que no se aparean adoptan el aspecto de bucles, como una hoja de trébol, aunque en realidad, el plegamiento es mucho más complejo y la conformación real de los ARNt ofrece una imagen tortuosa y retorcida que en nada se parece a una hoja de trébol; más bien, la estructura terciaria que manifiestan tiene forma de L, como un búmeran.

Otra característica de los ARNt es que contiene aproximadamente un 10% de bases que son modificaciones de las 4 bases normales (A, G, C y U), como por ejemplo el pseudouracilo y el dihidrouracilo.

Se conocen unas 50 especies diferentes de ARNt, sin embargo, la estructura secundaria de los ARNt presenta una serie de estructuras características que se mantienen en todos los ARNt que se conocen:

El extremo 5´contiene un nucleótido de guanina (G) con un grupo fosfato libre (G-P).
El bucle o brazo DHU, contiene una secuencia que es reconocida de manera específica por uno de los 20 enzimas llamados aminoacil-ARNt sintetasas, encargadas de unir cada aa con su correspondiente molécula de ARNt.
El brazo aceptor en el extremo 3´posee la secuencia CCA, presente en todos los ARNt y cuyo grupo 3'-OH terminal sirve de lugar de unión del aa.
El bucle o brazo TΨC, actúa como lugar de reconocimiento de los ribosomas.
El bucle anticodón situado en el extremo del brazo largo del búmeran, contiene una secuencia de tres bases llamada anticodón. Cada ARNt cargado con su aminoácido correspondiente se une mediante la región del anticodón, con tripletes de bases del ARNm (que definen un codón) en el proceso de la traducción de la información genética que conduce a la síntesis de proteínas.

Función: transporta los aminoácidos desde el citoplasma hasta los ribosomas durante el proceso de traducción, es decir, durante la síntesis de proteínas.

El ARN es, químicamente, una molécula más inestable que el ADN. Explica por qué.

El ARN es químicamente más inestable que el ADN por varias razones:

• El ARN tiene una molécula de ribosa, en lugar de desoxirribosa. La ribosa presenta un grupo hidroxilo (–OH) en su anillo en comparación con la desoxirribosa, que carece de este grupo. Los grupos hidroxilo pueden reaccionar más fácilmente con otros compuestos y pueden hacer que el ARN sea más reactivo y propenso a la degradación que el ADN.

• Además, la base nitrogenada uracilo, que se encuentra en el ARN en lugar de la timina que se encuentra en el ADN, es más susceptible a la hidrólisis.

• Por último, el ADN es bicatenario, lo que significa que cada hebra está protegida de la acción de enzimas que degradan los ácidos nucleicos. El ARN, monocatenario, puede ser más vulnerable a la acción de enzimas que degradan los ácidos nucleicos.

Competencial. Si se compara la síntesis de proteínas con la construcción de un edificio, ¿qué tipo de ARN representaría el papel del arquitecto? ¿Y el del albañil que coloca los ladrillos para levantar una pared? ¿Qué molécula correspondería a los ladrillos? Razona tu respuesta. Visto en 4º ESO.

Solución. En la comparación con la construcción de un edificio, el papel director del arquitecto correspondería al ARNm, que porta las instrucciones para situar los aminoácidos que formarán las proteínas en el orden correcto. El albañil que coloca los ladrillos correspondería al ribosoma, que se encarga de establecer los enlaces peptídicos entre los aminoácidos, que serían el equivalente a los ladrillos. Se puede añadir que el ARNt correspondería al obrero que transporta los ladrillos hasta el lugar en el que van a ser colocados.

6. DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN

Antes haz esta tarea mentalmente en clase

ELECTROFORESIS (VISTA EN AA Y PROTEÍNAS)

La electroforesis es una técnica de laboratorio que se usa para separar moléculas de ADN, ARN, aa o proteínas en función de su tamaño y carga eléctrica. Esta técnica se basa en el principio de la emigración de iones cuando se someten a un campo eléctrico: lo iones positivos tienden a emigrar a el cátodo y los negativos a el ánodo.

Respecto a su estructura, el ADN tiene carga neta negativa debido a que los fosfatos, que forman parte de los nucleótidos que lo componen, quedan dispuestos hacia el exterior de la doble hélice

Prueba de paternidad ¿Quién es el padre?

El patrón de bandas del niño (Ch) debe ser una combinación de algunas de las bandas de la madre (M) y otras del posible padre (1, 2 ó 3). En este caso, el padre biológico es probablemente el _____.

1. 2019. En las biomoléculas que se citan a continuación, nombra los tipos de monómeros que las forman, así como los enlaces químicos que los unen:

A. Polisacáridos. (0,5 puntos)

B. Proteínas (aquí, cita también el resto de enlaces que estabilizan su estructura). (0,75 puntos)

C. ADN (aquí, además, nombra los elementos que componen el monómero). (0,75 puntos)

2. 2022. Respecto a los nucleótidos:

Cite los componentes y señale los tipos de enlaces que se establecen entre ellos. (1 punto)
Mencione dos diferencias entre los nucleótidos del ADN y del ARN. (0.5 puntos)
¿Qué tipo de enlace une dos nucleótidos de una misma cadena? Indique cómo se produce. (0.5 p)

3. 2012. Conteste las siguientes cuestiones sobre los nucleótidos.

Fórmula general.
Enumere sus componentes e indique el tipo de enlace que los une

4. 2016. Estructura del ADN. Modelo de doble hélice.

5. 2018 1.ADN.

A Define brevemente la estructura primaria. (0,5 puntos)

B. Estructura secundaria. (1,5 puntos)

6. 2017. Diferencias entre ADN y ARNm en cuanto a:

A. Composición química. (1 punto)

B. Estructura. (0,5 puntos)

C Función (0,5 puntos)

7. 2020 Explique la estructura del ARNt (ARN transferente) (1 punto) y señale las funciones de los distintos tipos de ARN en la síntesis de proteínas (1 punto).

2018 B. Enumere los procesos que constituyen la maduración del ARNm de eucariotas. (1 punto)

8. 2017. ARNm de eucariotas:

Composición química y estructura 1p
Proceso de maduración 1p

Competencial. Observa la figura y responda.

Indique el nombre y la composición de la molécula señalada con el número 1.
En el esquema 2, ¿qué tipo de macromolécula se representa? ¿Qué significan los términos: “cadena 3’-5’ y cadena 5’-3’ ”?
¿Qué tipo de enlace (representado por la línea de puntos) se da en el recuadro señalado con el número 3? ¿Qué función tiene en la biomolécula representada?
Explique por qué se emparejan específicamente A con T, y C con G.

Algunos ejercicios resueltos.

Define y compara los siguientes términos: nucleótido, nucleósido, ácido nucleico.
• Un nucleótido es el monómero constituyente de los ácidos nucleicos y está compuesto por
una pentosa, una base nitrogenada y un ácido ortofosfórico.
• Un nucleósido es una molécula formada a partir de la unión de una pentosa y una base nitrogenada;
es decir, es un nucleótido sin ácido ortofosfórico.
• Un ácido nucleico es una macromolécula lineal constituida por la unión de muchos nucleótidos
unidos por enlaces fosfodiéster, también llamados nucleotídicos. Cada uno de esos nucleótidos es un monómero.

La figura representa una molécula esencial para los seres vivos:

a) ¿Cómo se denomina?
Adenosín 5’ trifosfato (ATP).
b) La energía liberada por la hidrólisis de ciertos enlaces de esta molécula está acoplada con
reacciones energéticamente desfavorables. Indica qué enlaces son esos.
Son los enlaces entre los grupos fosfato.
c) ¿Qué función desempeña en los seres vivos?
La función de esta molécula es la de ser la principal fuente de energía celular disponible para la realización de procesos bioquímicos y metabólicos.
d)¿Por qué, con frecuencia, se llama le moneda energética?
Al igual que las monedas, el ATP puede ser utilizado n cualquier parte de la célula donde se necesite
energía, y se puede generar gracias a otros procesos celulares. Además, al igual que la moneda, el
ATP es constantemente utilizado y reutilizado, lo que significa que se regenera constantemente en
la célula a través de la respiración celular y otros procesos metabólicos.
d) ¿En qué se parece químicamente a los ácidos nucleicos?
(en verde) y un fosfato (en magenta), al igual que los nucleótidos que constituyen los ácidos
nucleicos. Se trata de un nucleótido, que está compuesto por una pentosa (en azul), una base nitrogenada

Indica cuál es la función de las siguientes moléculas: NAD+, AMPc, ARNt, ARNr.
• FAD. Es una coenzima de enzimas deshidrogenadas.
• AMPc. Es un segundo mensajero que transmite información procedente del exterior celular hacia el interior para provocar la activación de determinadas enzimas.
• ADN. Es portadora de la información genética que codifica los caracteres biológicos de un individuo.
• ARNm. Es una copia de la información genética y es utilizada en los ribosomas en la síntesis de proteínas específicas.

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2º BACHILLERATO - BIOLOGÍA - IEDC