Tema 6 (5 del llibre)

ELS ÀCIDS NUCLEICSELS ÀCIDS NUCLEICS

Descobriment i històriaDescobriment i històriaL'any 1869, un biòleg suiz, en Johann Friedrich Miescher, treballant amb

leucòcits del pus de les venes quirúrgiques i amb esperma de salmó, va aconseguir aïllar els nuclis cel·lulars, trencar la membrana cel·lular i separar el citoplasma del nucli mitjançant centrifugació. A l'analitzar químicament els nuclis aïllats, va trobar que estaven formats per unes substàncies noves, riques en C, H, O, N i amb un elevat percentatge de P. Com que aquesta substància es trobava dins del nucli, l'anomenà nucleina.

Anys més tard, al 1889, un altre científic en Richard Altman, un alumne de Miescher va aconseguir separar les proteïnes de l'autèntica nucleina, va fragmentar la substància de l'interior del nucli, i observà que estava formada per una part proteica i una part no proteica o grup prostètic, que era l'autèntica nucleina, com que aquest grup prostètic era àcid, l'anomenà àcid nucleic.

Se ha afirmado que en correspondencia con su tío en 1892, comenta que la nucleína era una molécula muy grande y compleja, cuyo isomería podía proporcionar un número suficiente de moléculas, de acción diferente, portadoras de innumerables características hereditarias. En una analogía que hoy causa asombro apunta que esta transmisión química, podía compararse con la variedad de un idioma que encuentra como expresión la combinación de una veintena de letras. Semejante símil no entró en el repertorio de ideas de las ciencias hasta que más de medio siglo después Erwin Schrödinger (1887-1961) introdujera el concepto de código genético.

Però de què estan formats? Quina és la seva composició química?

Ja sabem pel senyor Miesche, que els àcids nucleics estan formats per C, H, O, N i una proció elevada de P. Però com es disposen aquests àtoms, es a dir, quins són els monòmers que formes els àcids nucleics?

Durant els anys 20, el bioquímic P.A. Levene analitza els components de l'ADN, els ácids nucleics i trobà que contenia:

quatre tipus de molècules, de caràcter bàsic i riques en N, a les que anomenaren bases nitrogenades: citosina i timina (uracil en ARN), que s'asemblen a una molècula anomenada pirimidina, i per això reberen el nom de bases pirimidíniques; adenina i guanina, similars a una molècula anomenada purina, i per això anomenades bases púriques

Un sucre tipus pentosa, concretament la 2-desoxirribosa (ribosa en ARN) --- aquesta pentosa reb el nom de ribosa per l'institut on es va identificar (Rockefeller Institute of Biochemestry); 2-desoxiribosa, indica que la ribosa ha perdut un grup OH- en el 2on carboni

i un grupo fosfat

Tambié va demostrar que aquests elements es trobaben units en l'ordre fosfat-sucre-base, formant el que s'anomenà un nucleótid. Levene també sugerí que els nucleótids es trobaben units pels fosfats formant l'ADN. Però Levene pensava que es tractava de cadenes curtes i que les bases es repetien en un ordre determinat.

Els sucres:

ARN ADN

LA RIBOSA

És un monosacàrid de 5 carbonis. És un component estructural de nucleótids, com l'ATP. Forma part de l'estructura dels nucleótids que formen l'ARN.

LA DESOXIRRIBOSA

És un monosacàrid de 5 carbonis, que forma part de l'estructura de nucleòtids del ADN.

La seva estructura és similar a la Ribosa, pero el carboni 2 no presenta un grup alcohol. No respon a la fórmula general dels monosacàridos, (CH

2O)

n.

Àcid fosfèric o grup fosfat:

Les bases nitrogenades:

Primidina

Nomès a l'ARN

Purina

Com s'uneixen?

Anys després, de Miesche, Altman i Levene, altres científics descobriren l'elevada complexitat dels àcids nucleics i la seva estructura bàsica.

A l'unir-se una base nitrogenada amb una pentosa (ribosa – ARN / desoxiribosa – ADN) es forma un nucleòsid. La unió es produeix mitjançant un enllaç N-glicosídic, que esdevé entre el C 1' de la pentosa i el Nitrogen 1' de la base nitrogenada, si és una pirimidina, o el nitrogen 9', si la base és púrica, desprenent-se una molècula d'aigua.

Alhora d'anomenar els nucleòsids, ho fem de la següent manera:

Desoxi (ADN) + Aden + osina Bases púriques

Guanin + osina--------------------------------------------------------------

Cit + idina Bases pirimidíniques Ur + idina Tim + idina

Activitat 1Construeix 4 nucleosids:

Adenosina, desoxiadenosina, desoxitimidina, uridina

Adenosina Desoxiadenosina

Correcció Activitat 1

Desoxitimidina Uridina

Quan els nucleòsids s'uneixen amb un àcid fosfòric, mitjançant un enllaç anomenat enllaç fosfoèster entre el grup hidroxil del C 5' de la pentosa i l'àcid fosfòric, la nova estructura s'anomena nucleòtid.

Els nucleòtids tenen un fort caràcter àcid degut al grup fosfat, que s'inotza

Per anomenar els nucleòtids afegim al darrera del nom del nucleòsid la paraula 5'-monofosfat.

Així en el cas anterior parlem de:

adenosina-5'-monofosfat (AMP) --- adenosinmonofosfat

desoxiadenosina-5'-monofosfat (dAMP) --- desoxiadenosinmonofosfat

desoxitimidina-5'-monofosfat (dTMP) --- desoxitimidinmonofosfat

uridina-5'-monofosfat (UMP) --- uridinmonofosfat

Activitat 2

Construiex 4 nucleòtids, unint el grup fosfat als 4 nucleòsids de l'activitat anterior.

Correcció Activitat 2

Activitat 3

Assenyala i indica el tipus d'enllaç dels nucleòsids de l'activitat 2

Què és un àcid nucleic? Defineix

Què és un nucleòtid? Defineix

Què és un nucleòsid? Defineix

Exercici pàg 83. 1 i 2

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/invesnucleot.htm

(activitat internet)

Els nucleòtids s'uneixen formant uns polímers anomenats àcids nucleics.

Els nucleòtids s'uneixen mitjançant un enllaç fosfodiester entre el radical hidroxil (-OH) del C 3' d'un nucleòtid i el radical fosfat del C 5' del nucleòtid següent

Mireu pàgina 84 del llibre de text. Imatge de la formació d'un fragment de ARN.

Així doncs, els àcids nucleics presentaran un extrem 5' lliure, el del primer nucleòtid de la cadena, i un extrem 3' lliure, el de l'últim nucleòtid de la cadena. Diem doncs que els àcids nucleics se sintetitzen des de l'extrem 5' a l'extrem 3'. Això es degut a que l'enzim que catalitza aquesta unió de nucleòtids nomès pot actuar unint nucleòtids a l'extrem 3' de l'anterior.

L'ADN

Quins són els components de l'ADN?

L'any 1952, Alfred Hershey i Martha Chase, diluciden que és l'ADN el material hereditari i no les proteïnes.

La seqüència de nucleótids de l'ADN conté la informació necessària per a poder controlar el metabolisme d'un ser viu. L'ADN és el lloc on resideix la informació genètica d'un ser viu.

Pentosa

Àcid fosfòric

Bases nitrogenades

Martha Chase (1930- ) and Alfred Hershey (1908 - 1997)

Cold Spring Harbor Laboratory, 1953

Finalment, l'any 1953, Watson i Crick descriuen l'estructura de l'ADN, el model de doble hèlix, guanyant així un premi Nobel

Segons el model de doble hèlix proposat per Watson i Crick, l'ADN està format per dues cadenes antiparal·leles de nucleòtids enrotllades formant una estructura de doble hèlix (s'han trobat virus amb una sola cadena de ADN).

L'estudi de la seva estructura es pot fer a diversos nivells, apareixent estructures, primaria, secundaria, terciaria, quaternaria i nivells de empaquetament superiors.

http://www.digital-text.com/muestra_capitulos/b41c.html

Estructura primària

És la seqüència d'una sola cadena de nucleòtids formats per desoxiribosa, les bases nitrogenades dels nucleòtids d'ADN són Adenina, Guanina, Citosina i Timina, mai Uracil. Els nucleòtids s'uneixen entre sí mitjançant el grup fosfat del segon nucleòtid, que serveix de pont d'unió entre el C 5' del 1er nucleòtid i el C 3' del nucleòtid següent.

El 1er nucleòtid té lliure el C 5' i el segon el C 3', lloc d'unió del tercer nucleòtid, l'ADN es sintetixa direcció (5' 3')

Estructura secundària

És l'estructura que proposaren en Watson i en Crick. El seu model està format per dos filaments de nucleòtids, disposades de manera antiparal·lela, una amb orientació 5' 3' i l'altre amb sentit 3' 5', complementàries i enrotllades de forma plectonímica.

Però com quedava estabilitzada aquesta estructura?

Abans que Watson i Crick, molts d'altres havien fet descobertes bàsiques per al descobriment final. Molt investigadors van intervindre en el descobriment de l'estructura del DNA:

La densitat i viscositat calculada en el DNA, era superior a l'esperat, això indicava que els dos filaments havien d'estar, d'alguna manera, units, es deduir, que les unions entre les dues cadenes eren ponts d'hidrogen entre les bases nitrogenades.

Chargaff, al 1950, descobrí que l'ADN tenia tantes molècules d'A com de T i tantes de G com de C:

molec. A / molec.T =1molec. G / molec.C =1Això ens indica que els ponts d'H s'han d'establir entre l'A i la T i entre

la G i la C, en el 1er cas amb 2 unions, i amb 1 en el segon.

Gràcies al treball de la Rosalind Franklin i en Wilkins amb la difracció dels rajos X, es descobrí que l'ADN tenia una estructura de fibra de 20Å de diàmetre, i s'observà que determinades estructues es repetine cada 3,4Å, i hi havia una segona repetició cada 34Å

Els filaments dels dos filaments estan enrotallades al voltant d'un eix imaginari que gira en contra del sentit de les agulles del rellotge. Les voltes de la doble hèlix s'estabilitzen gràcies als ponts d'hidrògen que s'estableixen entre les bases nitrogenades dels dos filaments (complementarietat de bases).

Quan en un filament hi trobem Adenina, en l'altre filament hi trobemTimina. Quan en un filament hi trobem Guanina, en l'altre filament hi torbem Citosina. Aquestes bases complementàries són les que constitueixen els ponts d'Hidrógen. L'Adenina forma dos ponts d'Hidrógen amb la Timina. Mentre que la Guanina forma tres ponts d'Hidrógen amb la Citosina.

La doble hèlix es pot desnaturalitzar, i igual que les proteïnes tenen la capacitat de renaturalitzar-se

Estructura terciària

L'ADN és una molècula molt llarga en algunes espècies i, en canvi, en les cél·lules eucariotes el trobem allotjat dins del minúscul núcli.

Que ens indica això?

Alguns tipus d'ADN estan superenrotllats (DNA circular: mitocondris, bacteris), la fibra es replega sobre si mateixa formant una superhèlix, el DNA superenrotllat.

Però en les cèl·lules eucariotes no n'hi ha prou amb el superenrotllament, cal empaquetar el DNA, i això s'aconsegueix gràcies a la presència d'unes proteïnes especials, de caràcter bàsic. Aquestes proteïnes bàsiques són les Histones o les Protamines en els espermaozous.

1er nivell d'empaquetament

La doble hèlix s'associa a les Histones generant l'estructura denominada nucleosoma. Cada nucleosoma está format per una estructura voluminosa, denominada core, seguida por un eslabó o "Linker". El core está compost per un octàmer de proteïnas, Histones, denominades H2A, H2B, H3 i H4. Cada tipus d'histona es presenta en nombre parell. Aquesta estructura està envoltada per un tram d'ADN que dona una volta i 3/4 en torn a l'octàmer. El Linker està format per un tram d'ADN, anomenat ADN espaiador, que uneix un nucleosoma amb un altre i una histona H1.

La unió del DNA amb les histones ja s'anomena fibra de cromatina.

Aquesta fibra de cromatina de 100Å. Te un aspecte repetitiu en forma de collar de perles, on les perles serien els nucleosomes, units pels linker.

L'ADN del nucli dels espermatozous necessita major empaquetament, per això usa unes altres proteïnes més bàsiques anomenades Protamines, formant una estructura molt compacta.

2on nivell d'empaquetament

La fibra de cromatina de 100Å, el collar de perles, s'enrotlla sobre si mateix, formant una fibra major de 300Å anomenada Solenoide. Això esdevé gràcies a que les histones tipus H1 s'agrupen entre si i formen l'eix central de la nova fibra de 300Å.

3er nivell d'empaquetament

La fibra de 300Å, forma uns bucles anomenats dominis estructurals (de longitud entre 20.000 i 70.000 parelles de bases) estabilitzades per unes proteïnes especials.

Nivell d'empaquetament superiors (4rt i 5é)

En el nucli, el filament de DNA es troba empaquetat entre 100 i 1.000 cops, i en els cromosomes (forma que pren el DNA durant la metafase, que és el màxim grau d'empaquetamentde la fibra de cormatina) de 10.000 cops. Mentre que el Solenoide només aconsegueix entre 35 i 40 vegades de reducció, això implica que hi han altres mecanismes no coneguts, que permetran aquest grau.

DEURES

Pàg. 86 ex. 6, 7, 8, 10, 11, 12 i 13

Pàg 90 ex. 14 i 15

Llegir pàg 90. Tipus d'ADN segons estructura

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/actividades/videoadn/adn.htm

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/actividades/videocromatina/cromatina.htm

Pàg. 94 ex. 21, 22, 23, 24, 25 i 26