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Acidos Acidos NucleicosNucleicos

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Ácidos nucléicosÁcidos nucléicos• Ácidos nucléicos Ácidos nucléicos : un biopolímero que contiene

tres tipos de monómeros unidos• Una base orgánica heterociclo nitrogenado aromático

derivado de purina y pirimidina • Un azúcar monosacárido D-ribosa o 2-deoxi-D-ribosa• ácido fosfórico• su nombre viene de que son muy abundantes en los

núcleos celulares y de su carácter ácido• El más importente es el DNA que es el material

genético.

• En la siguiente diapositiva se muestra el nombre y abreviaturas de algunas bases nitrogenadas

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Bases Purina/PirimidinaBases Purina/Pirimidina

HN

N

O

O

H

N

N

NH2

O

H

HN

N

O

O

H

CH3

Uracil (U) Timina (T) Citosina (C)

N

N

Pirimidina

1

2

34

5

61 1 1

HN

N N

N

O

HH2 N

Guanina (G)

N

N N

N

NH2

HAdenina (A)

N

N N

N

HPurina

1

2

34

56 7

8

9

4

NucleósidosNucleósidos

• NucleósidoNucleósido: son glucósidos cuya base son las nitrogenadas indicadas, contienen D-ribosa o 2-deoxy-D-ribose unidas a la bases por un enlace -N-glicosídico

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NucleósidosNucleósidos• Uridina

carbonoanomérico

HH

HH

OHOCH2

HO OH

O

O

HN

N

Uridina

-D-ribosido

uracilo

1'

2 '3 '

4 '

5'

1

Enlace -N glicosídico

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NucleótidosNucleótidos

• NucleótidoNucleótido: un nucleósido con una molecula de acido fofórico está esterificado con el -OH del monosacarido, más comúnmente el 3’-OH o el 5’-OH

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NucleótidosNucleótidos• Adenosina 5’-monofosfato (AMP)

5'

O-

O

O

H

H

OH

H

HOH

1'

- O- P - O- CH2

N

N N

N

NH2

3 '

8

NucleótidosNucleótidos• Deoxitimidina 3’-monofosfato (3’dTMP)

5'O

H

H

H

H

OH

1'

HOCH2

3 '

HN

N

OCH3

O

P

O-

O O-

9

Aciclovir & AZTAciclovir & AZT

Azidotimidina (AZT)

O

O

N

HN

HOCH2

HN3

H

H

HH

O

CH3

O

HH

HH

HOCH2

H2 N

HN

N

O

N

N

Aciclovir(Dibujado para ver su semejanza con la 2-deoxyguanosina

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DNA - 1° EstructuraDNA - 1° Estructura• Ácidos Deoxirribonucleicos (DNA)Ácidos Deoxirribonucleicos (DNA): un biopolíme-

ro (polinucleótido) constituido por los ácidos desoxiadenílico, guanílico, citidílico y timidínico unidos por enlaces de éster fosfórico entre 3’-OH de una 2-deoxi-D-ribosa y el 5’-OH de la siguien-te 2-deoxi-D-ribosa. Son cadenas monótonas al-ternándose D-ribosa con fosfato y diferenciándo-se sólo en las bases colaterales a esa cadena.

• Estructura Primaria Estructura Primaria :la secuencia de bases en el DNA determina su especificidad funcional y la información genética que almacena.

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DNA – Estructura 1DNA – Estructura 1iaia; TG; TG

5'

O-

O NO

HN

O

HH

H

H

OH

- O- P - O- CH2

2'

1'

O

HH

OH

HH

H

HN

N N

N

O

H2 N

OCH3

O-

O= P O CH2

2'

1'

5'

3'

Extremo 5´fosforilado

Extremo 3´libre

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Estructura - 2° DNAEstructura - 2° DNA• Estructura secundaria Estructura secundaria : es el ordenamiento de las

cadenas de ácidos nucleicos• Hélice Doble Hélice Doble : el DNA forma una doble hélice de

dos cadenas complementarias con las vueltas a la derecha. Las bases están situadas hacia el in-terior de la hélice, en planos perpendiculares al eje, y los grupos de fosfórico están hacia el exte-rior.

• Este modelo de doble hélice fue propuesto por James Watson y Francis Crick en 1953 en base a diagramas de rayos X y a las equivalencias A=T y G=C de las bases.

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T-A Pareja de BasesT-A Pareja de Bases• El mejor factor estabilizante es la pareja de bases T-A

y entre C-G

Timina

Adenina

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T-A Pareja de Bases T-A Pareja de Bases

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C-G Pareja de BasesC-G Pareja de BasesCitosina Guanina

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C-G Pareja de BasesC-G Pareja de Bases

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Formas del DNAFormas del DNA• B-DNA

• es la forma predominante en solución acuosa diluida• hélices con las vueltas a la derecha• 34 Å por 10 pares de bases; 20 Å de espesor • surco menor de 12 Å y el mayor de 22 Å

• A-DNA• una helice diestra, pero de mayor espesor que B-DNA• 29 Å por 10 pares de bases

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DNA – Estructura 3DNA – Estructura 3iaia

• EstructuraTerciaria EstructuraTerciaria : el arreglo de todos los átomos de ácido nucleico en la tercera dimensión, comúnmente referido como superenrollado

• Circular DNACircular DNA: un tipo de ADN double-stranded en el que 5 ' y 3 ' los finales de cada soporte son unidos según enlaces de fosfodiester (Fig 19.10)

• CromatinaCromatina:consists de herida de moléculas de ADN alrededor de las partículas de histones en una estructura parecida a una cuenta

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Ácidos Ribonucleicos (RNA)Ácidos Ribonucleicos (RNA)• RNA son similares al DNA en los que tambien

son largas cadenas enroyadas de nucleotidos unidos por grupos de fosfodiester siendo el 3’-OH de una pentosa y el 5’-OH de la próxima. However,

• the pentose unit in RNA is -D-ribose rather than -2-deoxy-D-ribose• the pyimidine bases in RNA are uracil and cytosine

rather than thymine and cytosine• RNA is single stranded rather than double stranded

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RNARNA• RNA molecules are classified according to their

structure and function

• Ribosomal RNA (rRNA)Ribosomal RNA (rRNA): a ribonucleic acid found in ribosomes, the site of protein synthesis

Molecular Weight Range (g/mol)

Number of Nucleotides

Percentage of Cell RNA

mRNA 25,000 - 1,000,000 75 - 3,000 2

tRNA 23,000 - 30,000 73 - 94 16

rRNA 35,000 - 1,100,000 120 - 2904 82

Type

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RNARNA• Transfer RNA (tRNA)Transfer RNA (tRNA): a ribonucleic acid that

carries a specific amino acid to the site of protein synthesis on ribosomes

OBa s e

OHO

C

C

O

HR

NH3+

O-

amino acid, boundas an ester to itsspecific tRNA

HH H

H

t RNA- O- P - O- CH2

O

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RNARNA• Messenger RNA (mRNA)Messenger RNA (mRNA): a ribonucleic acid that

carries coded genetic information from DNA to the ribosomes for the synthesis of proteins• present in cells in relatively small amounts and very

short-lived• single stranded• its synthesis is directed by information encoded on

DNA• a complementary strand of mRNA is synthesized along

one strand of an unwound DNA, starting from the 3’ end

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RNARNA• TranscriptionTranscription: the synthesis of mRNA from DNA

3'-A-G-C-C-A-T-G-T-G-A-C-C-5'

5'-U-C-G-G-U-A-C-A-C-U-G-G-3'

DNA template

mRNA

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El Código GenéticoEl Código Genético• CodonCodon: a triplet of nucleotides on mRNA that

directs incorporation of a specific amino acid into a polypeptide sequence

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UUUUUCUUAUUG

UCUUCCUCAUCG

UAUUAC UAA UAG

UGUUGCUGAUGG

U

U C A GUCAG

CUUCUCCUACUG

CUUCCCCCACCG

CAUCACCAACAG

CGUCGCCGACGG

UCAG

C

A

G

AUUAUCAUAAUG

ACUACCACAACG

AAUAACAAAAAG

AGUAGCAGAAGG

UCAGUCAG

GUUGUCGUAGUG

GCUGCCGCAGCG

GAUGACGAAGAG

GGUGGCGGAGGG

PhePheLeuLeuLeuLeuLeuLeu

IleIleIleMetValValValVal

SerSerSerSerProProProPro

ThrThrThrThrAlaAlaAlaAla

TyrTyrStopStopHisHisGlnGln

AsnAsnLysLysAspAspGluGlu

CysCysStopTrpArgArgArgArg

SerSerArgArgGlyGlyGlyGly

5' 3'

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The Genetic CodeThe Genetic Code• Properties of the Code

• only 61 triplets code for amino acids; the remaining 3 (UAA, UAG, and UGA) signal chain termination

• the code is degenerate, which means that several amino acids are coded for by more than one triplet. Leu, Ser, and Arg, for example, are each coded for by six triplets

• for the 15 amino acids coded for by 2, 3, or 4 triplets, it is only the third letter of the codon that varies. Gly, for example, is coded for by GGA, GGG, GGC, and GGU

• there is no ambiguity in the code; each triplet codes for one and only one amino acid

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Sequencing DNASequencing DNA• Restriction endonucleaseRestriction endonuclease: an enzyme that

catalyzes hydrolysis of a particular phosphodiester bond within a DNA strand• over 1000 endonucleases have been isolated and their

specificities determined• typically they recognize a set sequence of nucleotides

and cleave the DNA at or near that particular sequence• EcoRI from E. coli, for example, cleaves as shown

5' G-A-A-T-T-C----- 3'EcoRI

5' G + 5'- A-A-T-T-C----- 3'

cleavage here

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Sequencing DNASequencing DNA• examples of endonucleases

AluI AG CT

BalI TGG CCA

FnuDII CG CG

HeaIII GG CC

Not I GC GGCCGC

Mbo l GATC

SacI GAGCT C

Enzyme EnzymeRecognition Sequence

Recognition Sequence

Hpa II C CGG

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Sequencing DNASequencing DNA• Polyacrylamide gel electrophoresisPolyacrylamide gel electrophoresis: a technique

so sensitive that it is possible to separate nucleic acid fragments differing from one another in only a single nucleotide

• Chain termination or dideoxy methodChain termination or dideoxy method: a method developed by Frederick Sanger for sequencing DNA molecules

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DNA ReplicationDNA Replication• the sequence of nucleotides on one strand is copied as

a complementary strand to form the second strand of double-stranded DNA

• this synthesis is catalyzed by the enzyme DNA polymerase

• DNA polymerase will carry of this synthesis in vitro using single-stranded DNA as a template, provided the four dNTPs and a primer are present

• because the new DNA strand grows from the 5’ to 3’ end, the primer must have a free 3’-OH group to which the first nucleotide of the growing chain is added

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Chain Termin. MethodChain Termin. Method• The key is addition of a 2’,3’-dideoxynucleoside

triphosphate (ddNTP) to the synthesizing medium

• synthesis terminates at any point where a ddNTP becomes incorporated

- O- P - O- P - O- P - O- CH2

O-

O

O-

O

O-

O

H

Ba s e

H H

H HO

H

A 2',3'-dideoxynucleoside triphosphate(ddNTP)

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Chain Termin. MethodChain Termin. Method• a single-stranded DNA of unknown sequence is mixed

with primer and divided into four separate reaction mixtures

• to each mixture is added all four dNTPs, one of which is labeled in its 5’- phosphoryl group with P-32

• also added are DNA polymerase and one of the four ddNTPs

• when polyacrylamide gel electrophoresis of each reaction mixture is completed, a piece of x-ray film is placed over the gel to detect gamma radiation from the decay of P-32

• the base sequence of the complement to the original single-stranded template is read directly from the bottom to top of the developed film