INSTITUTO TECNOLOGICO DE CD ALTAMIRANO.
PRACTICA # 2
UNIDAD # 2
“ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DEL MATERIAL GENÉTICO”
2.1. ESTRUCTURA QUÍMICA Y FÍSICA DE LOS ÁCIDOS
NUCLEICOS: ADN Y ARN.
2.2 FUNCIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS.
INTRODUCCIÓN
EL MATERIAL GENÉTICO
se emplea para guardar la
información genética de una forma de vida orgánica. Para todos los organismos conocidos
actualmente, el material genético es casi exclusivamente ácido desoxirribonucleico (ADN o DNA). Algunos virus usan ácido ribonucleico (ARN
o RNA) como su material genético.
Se cree generalmente que el
primer material genético fue el ARN, inicialmente manifestado por moléculas de ARN que auto
replicaban flotando en masas de agua. Este período hipotético en la evolución
de la vida celular se llama la hipótesis del mundo de ARN. Esta
hipótesis está basada en la capacidad del ARN de
actuar como un material genético y como un catalizador, conocido como una ribosoma. Sin embargo, cuando las proteínas (que pueden formar enzimas)
llegaron a la existencia, la molécula más estable,
el ADN, se
convirtió en el material genético dominante, una situación que continúa hoy. La
naturaleza de la doble cadena del ADN
permite que las mutaciones se
corrijan, y también el ARN es intrínsecamente inestable.
Las células
modernas usan el ARN principalmente para construir proteínas de las instrucciones del ADN, en la forma de ARN
mensajero, ARN
ribosómico y ARN de transferencia.
ADN: El ácido desoxirribonucleico,
frecuentemente abreviado como ADN (y también DNA, del inglés deoxyribonucleic
acid), es un tipo de ácido
nucleico, una macromolécula que forma parte de todas las células.
Contiene la información genética usada
en el desarrollo y el
funcionamiento de los organismos vivos
conocidos y de algunos virus, y es
responsable de su transmisión hereditaria.
Desde el punto de vista químico, el
ADN es un polímero de
nucleótidos, es decir, un polinucleótido. Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades simples
conectadas entre sí, como si fuera un largo tren formado por vagones.
En el ADN, cada vagón es un nucleótido, y cada nucleótido, a su vez, está formado por un azúcar (la desoxirribosa), una base nitrogenada (que
puede ser adenina→A, timina→T,
citosina→C o guanina→G)
y un grupo fosfato que actúa como enganche de cada vagón con el siguiente. Lo que
distingue a un vagón (nucleótido) de otro es, entonces, la base
nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando sólo la
secuencia de sus bases. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo
largo de la cadena (el ordenamiento de los cuatro tipos de vagones a lo
largo de todo el tren) es la que codifica la información genética: por
ejemplo, una secuencia de ADN puede ser ATGCTAGATCGC... En los
organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucleótidos, en
la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexiones denominadas puentes de hidrógeno.
ARN: El ácido ribonucleico (ARN
o RNA, de RiboNucleic Acid, su nombre en inglés) es un ácido
nucleico formado por una cadena de ribonucleótidos. Está presente tanto en las células procariotas como en las eucariotas, y es
el único material genético de ciertos virus (virus ARN). El
ARN celular es lineal y de hebra sencilla, pero en el genoma de algunos virus
es de doble hebra.
En los organismos celulares
desempeña diversas funciones. Es la molécula que
dirige las etapas intermedias de la síntesis proteica; el ADN no
puede actuar solo, y se vale del ARN para transferir esta información vital
durante la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que necesita la
célula para sus actividades y su desarrollo). Varios tipos de ARN regulan la expresión génica,
mientras que otros tienen actividad catalítica. El ARN es, pues, mucho más versátil que el ADN.
OBJETIVO(S) GENERAL:
·
Entender las bases moleculares del control de la
expresión génica y de la manipulación del ADN mediante el empleo de las
diferentes técnicas moleculares que le permitan desarrollar proyectos de
investigación básica y aplicada.
OBJETIVOS EDUCACIONALES CORRESPONDIENTES
A LA UNIDAD # 2.
·
Reafirmará y enriquecerá el conocimiento de los
ácidos nucleicos a nivel químico para su manipulación.
·
Observará y describirá con detalle la estructura de
las moléculas que participan en la transferencia de información.
UNIDAD # 2
“ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DEL MATERIAL GENÉTICO”
2.1. ESTRUCTURA QUÍMICA Y FÍSICA DE LOS ÁCIDOS
NUCLEICOS: ADN Y ARN.
ESTRUCTURA QUÍMICA
Compuesto sólo de cuatro moléculas básicas,
llamadas nucleótidos, idénticas entre si, excepto que cada uno contiene una
base nitrogenada diferente. Cada nucleótido contiene:
·
Un grupo fosfato,
·
Presenta un azúcar desoxirribosa
·
Un azúcar (desoxirribosa= para el ADN) y (ribosa=
para el ARN),
·
Una de las cuatro bases (A,G,C,T= para el ADN) y
(A,G,C,U= para el ARN),
En ausencia del grupo fosfato, la base y el azúcar
forman un nucleósido, en vez de un nucleótido.
Las cuatro bases del ADN son adenina, guanina, citosina y timina. Los nombres químicos completos
son: 5´-monofosfato de desoxiadenosina, 5´-monofosfato de desoxiguanosina,
5´-monofosfato de desoxicitosina, 5´-monofosfato de desoxitimidina. Sin embargo
corrientemente se refiere a cada nucleotido por la abreviatura de su base (A,
G, C y T respectivamente).
Dos de las bases, adenina y guanina son de
estructura similar y se denomina purinas,
las otras dos citosina y timina, también son similares y se denominan pirimidinas.
Los ácidos nucleicos están
constituidos entonces por la unión de numerosos nucleótidos. Cada
nucleótido esta formado por un nucleósido y un fosfato (ácido) .
El nucleósido está formado por una pentosa (neutro) y una base
nitrogenada (básica).
Estructura química de los nucleótidos de ADN
Estructura química de los nucleótidos de ARN
FOSFATOS
Proporciona el carácter
eminentemente ácido del DNA y del RNA. Los 5 enlaces del ortofosfato están en
resonancia, de manera que la distribución espacial es equivalente a una molécula
tetraédrica con orbitales moleculares.
|
BASES NITROGENADAS
Se encargan de darle la especificidad y el caracter
básico a los ácidos nucleicos. Derivan del anillo de pirimidina
o del doble anillo de purina . Cada una sigue una numeración
específica. Las que intervienen en los ácidos nucleotidos:
adenina, guanina, citosina, timina (sólo DNA) y uracilo (sólo RNA).
ESTRUCTURA
FISICA
La doble hélice del ADN
La estructura que diseñaron Watson y Crick en 1953
es una doble hélice, cada hélice es
una ristra de nucleótidos unidos por
enlaces fosfodiester, en el que un
grupo fosfato forma un puente entre grupos –OH de dos residuos de azúcar
adyacentes.
Las dos hélices se mantienen juntas mediante puentes de hidrogeno. Los puentes de
hidrogeno se dan entre átomos de hidrogeno con una pequeña carga positiva y
átomos con pequeña carga negativa.
Los puentes de hidrógenos son enlaces muy débiles (3% de un enlace
covalente), pero esta cualidad es importante para las funciones vitales del
DNA.
Emparejamiento
Por puentes de H
De las bases nitrogenadas tipo
“llave-cerradura”
A
con T y G con C.
Las dos hélices del DNA “corren” en direcciones
opuestas; se dice que son antiparalelas una se denomina 5 3´
y la otra 3´ 5´.
El par G-C forma 3 puentes de
hidrogeno, mientras que el par A-T solo dos.
Se predijo que el DNA que tuviera muchos
pares G-C seria más estable que el DNA con muchos pares A-T, y de hecho esta
predicción fue
confirmada.
Vista tridimensional de la doble hélice
Vista en tres dimensiones, las bases nitrogenadas forman estructuras planas, y estas se apilan
parcialmente unas sobre otras y esto coopera grandemente en la estabilidad de
la molécula de DNA, al excluir a las moléculas de agua de los espacios entre
las bases. Se descubrió después que existen dos formas de DNA en las fibra
analizadas, la forma A esta menos
hidratada que la forma B. se cree
que la forma B es la que se encuentra mas frecuentemente en las células vivas.
El apilamiento de las bases en la doble hélice
genera surcos en los esqueletos azúcar-fosfato. Estos se denominan surco mayor y surco menor.
|
Tipos de hélices de DNA más
frecuentes
Las estructuras más frecuentes y fisiológicas en
las que se puede encontrar el DNA es en forma de DNA-B (la propuesta de
Watson y Crick), en forma de DNA-A (cuando está deshidratado o hibridado con
RNA) y DNA-Z (cuando es levógiro).
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El DNA-B: Características del DNA-B:
- Giro de la hélice: dextrógiro
- Diámetro de la hélice: 2,37 nm
- Del diámetro, 1,1 nm corresponde al par de bases
- Vuelta completa (paso de rosca, pitch): 3,54 nm
- Nucleótidos por vuelta: 10,4 pb (Watson y Crick propusieron
10)
- Separación entre las bases (elevación o rise): 0,34 nm
(3,54 / 10,4 = 0,34), que además coincide con el tamaño de van der Waals
para un anillo plano.
- Rotación (twist) de una base respecto a la siguiente: 34,6º
(34,6 x 10,4 = 360º). Si pudiéramos andar por el centro de las hélices,
las bases serían claramente los escalones de una escalera de caracol.
- Ángulo entre las bases y el eje de la hélice: 88,8º (Watson
y Crick propusieron 90º)
- Giro propulsor (propeller twist): 16º.
- Configuración del nucleótido: C2’ endo anti.
- Separación entre los fosfatos consecutivos: 0,7 nm.
Las características del DNA-A (también llamado RNA-11) son:
- Giro de la hélice: dextrógiro
- Diámetro de la hélice: 2,55 nm
- Del diámetro, 1,1 nm corresponden al par de bases, pero no
se sitúan sobre el eje como en el DNA-B, dejando un hueco central en el
que puede entrar el agua.
- Vuelta completa (paso de rosca, pitch) 2,53 nm
- Nucleótidos por vuelta: 11 pb (de aquí el nombre de DNA-11)
PROPIEDADES DEL
RNA
- el RNA esta constituido por una sola cadena de nucleotidos, no es
una helice doble.
- el RNA tiene un azucar ribosa en sus nucleotiodos,, en vez de
desoxirribosa.
- los nucleotidos del RNA pueden tener las bases adenina, guanina,
citosina y uracilo (nunca timina).
- Los ácidos ribonucleicos no sólo pueden tener información propia, sino que constituyen la herramienta para la conversión de la información contenida en el DNA en proteínas específicas
Clases de RNA
Pueden agruparse en dos clases principales: los
informativos y los funcionales.
RNA
informativos. El RNA informativo de la inmensa mayoría de genes
es siempre RNA mensajero, y se encarga de llevar la información de los genes a
formar proteinas.
RNA
funcionales. Estos RNA desempeñan muchas funciones diversas
pero nunca se traducen a proteinas. Estos RNA están cifrados en pocos genes.
Las principales clases de RNA funcionales, actuan
en varios pasos del proceso de conversión de la información presente en el DNA.
En todos los organismos se han encontrado dos clases: RNA de trasferencia y RNA
ribosomico
Las moleculas de RNA trasferente (RNAt) funcionan como trasportadores que llevan los
aminoácidos hasta el RNAm durante el proceso de traducción (síntesis de
proteinas)
Los RNA
ribosomicos (RNAr) son componentes de los ribosomas, complejos moleculares
que actuan coordinando el ensamblaje de las proteinas. Los ribosomas estan
constituidos por varios tipos de RNAr y alrededor de 100 proteinas diferentes.
Existen otras dos clases de RNA funcionales
especificos de eucariotas. Los RNA
pequeños nucleares (RNAsn) implicados en el corte y empalme de exones. Los RNA citoplasmáticos pequeños (RNAsc)
implicados en el trasporte de proteinas dentro de las celulas eucarioticas.
2.2 FUNCIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS.
El dogma central de la Biología Molecular
Fue Francis Crick quien introdujo
el dogma central de la Biología Molecular parar describir el flujo de
información biológica y cómo la célula utiliza esa información.
Implicaciones biológicas de la estructura del DNA
Esta estructura del DNA causó gran excitación entre los genetistas y en
todas las áreas de la biología, por 2 razones fundamentales:
1.
la estructura sugería una forma obvia por la que la
molécula puede ser duplicada o replicada,
ya que cada base determina su complementaria mediante puentes de hidrogeno.
2.
la estructura hace pensar que quizá la secuencia de pares de bases en el DNA
es la que determina la secuencia de
aminoácidos de la proteína dictada por un gen. En otras palabras, algún
tipo de código genético podría
escribir información en el DNA con una secuencia de pares de nucleótidos.
3.
por iguales razones la estructura guarda y trasmite
la información genetica.
Funciones del RNA
·
El RNA mensajero, y se encarga de llevar la información
de los genes a formar proteinas.
Las moleculas de RNA trasferente (RNAt) funcionan
como trasportadores que llevan los aminoácidos hasta el RNAm durante el proceso
de traducción (síntesis de proteinas) y Los RNA ribosomicos (RNAr) son
componentes de los ribosomas, complejos moleculares que actuan coordinando el
ensamblaje de las proteinas.
·
Los RNA pequeños nucleares (RNAsn) implicados en el
corte y empalme de exones. Los RNA citoplasmáticos pequeños (RNAsc) implicados
en el trasporte de proteinas dentro de las celulas eucarioticas.
METODOLOGIA
·
De acuerdo a la segunda reafirmar y de enriquecer
el conocimiento de los ácidos nucleicos a nivel químico para su manipulación.
·
Además observar y describir con detalle la
estructura de las moléculas que participan en la transferencia de información.
·
El
profesor pide al alumno que realice resumen propio individual de cada subtemas que marca la unidad que se lleve en estudio el profesor
hacia los alumnos de acuerdo como marca
el temario en cuanto en estos momentos corresponde ala unidad # 2 el
cual se a manifestado anteriormente.
·
Después
Se realizó una práctica en el
laboratorio de realizar en pareja el modelo
de la estructura química de un par de nucleótidos (adenina-timina) de la molécula
del ADN.
EVIDENCIAS
Aquí se manifiesta la
ejemplificación del modelo de la estructura química
de un par de nucleótidos (adenina-timina) de la molécula del ADN.
El cual el material que se utilizo fue;
· bolas de Unicel.
· pinturas vince: de los colores: verde, rojo, azul, negra y amarilla una de cada una.
· Palillos dentales
· Pinceles,
· bolas de Unicel.
· pinturas vince: de los colores: verde, rojo, azul, negra y amarilla una de cada una.
· Palillos dentales
· Pinceles,
·
Y obra maestra echar anda de óscar Yáñez Chávez y
cándido torres Santibáñez.
Rojas=fosforo,
blancas=oxigeno, azules =hidrogeno, verdes=nitrógeno, y los palillos en color
negro representan el doble enlace
se
logra con los objetivos y con lo que indica el profesor hacia los alumnos de lo
que se debe hacer y llevar en practicar.
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