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Ácidos nucleicos 2 - ARN (soluciones)

 

1.- ¿Qué es el ARN?

  

ARN es un acrónimo de ácido ribonucleico, que se define como un polímero formado por ribonucleótidos.  

Recordemos que las uniones de los nucleótidos tienen lugar entre las posiciones 3’OH y 5’P de dos nucleótidos consecutivos, mediante enlace fosfodiéster.  

 

2.- ¿A qué se llama ribonucleósido?

  

Ribonucleósido es el compuesto que resulta al unirse la ribosa con una base nitrogenada, mediante enlace N-glucosídico. Para nombrarlos hay que tener en cuenta la base, puesto que si es purínica se usa el sufijo “osina” y si es pirimidínica, “idina”. Por ejemplo: 

 

ARNsol2


3.- Aclare el término ribonucleótido y nombre los que sean propios del ARN.
 

 

Ribonucleótido es un compuesto formado por la unión de un  grupo fosfato (P), ribosa (R) y una base nitrogenada: adenina (A), guanina (G), citosina (C) o uracilo (U). La ribosa está en posición intermedia, o sea, entre la base y el fosfato.

 

ARNsoluc3

 

Los ribonucleótidos son las unidades estructurales del ácido ribonucleico (ARN). En función de la base nitrogenada integrante hay 4 variantes de ribonucleótidos (dado que en el ARN no se encuentra la timina):

Adenosina monofosfato o adenilato* (AMP). Formado por P-R-A.

Guanosina monofosfato o guanilato* (GMP). Formado por P-R-G.

Citidina monofosfato o citidilato* (CMP). Formado por P-R-C.

Uridina monofosfato o uridilato* (UMP). Formado por P-R-U.

(*) Formas aniónicas predominantes a pH fisiológico.

 

4.- ¿Qué tipo de enlace se establece entre la ribosa y la base nitrogenada?

 

Se trata de un enlace N-glucosídico, que se establece entre el C1’ de la ribosa y el N1 de la base si es pirimidínica (C, U) o el N9 si es purínica ( A, G).

Dado que la ribosa está ciclada en forma beta se puede precisar que el enlace es: β-N-glucosídico.

 

5.- ¿Qué tipos de enlace se distinguen en un ribonucleótido? Ponga un ejemplo.

 

Entre la ribosa y el grupo fosfato se establece un enlace tipo fosfoéster, y entre la pentosa y la base, un enlace β-N-glucosídico.

Por ejemplo, UMP, nucleótido integrado por fosfórico (unido a la posición 5’), ribosa (ciclada en forma β) y uracilo. Su nombre es uridina 5’ monofosfato.

 

ARNsol5

 

Nota.- El enlace N-glucosídico permite la rotación de la base respecto a la pentosa. Se observa que el grupo oxo unido al C2 del uracilo está a la derecha. Si estuviera hacia la izquierda tendría lugar un cierto impedimento estérico con la pentosa.

 

 6.- ¿Cómo se unen los nucleótidos para formar una cadena  de ácido nucleico.

 

Mediante el llamado enlace internucleotídico o fosfodiéster. El fosfato unido a la posición 5’ esterifica también la 3’ del nucleótido precedente:

 

 

7.- ¿Puede aclarar el término polaridad? Nombre los monómeros y las partes numeradas del esquema adjunto.

 


Polaridad quiere decir que los dos extremos de una misma cadena son diferentes: 5’p- y 3’-OH. Por convenio, el principio de la cadena corresponde al 5’.
 

Si la polaridad no se hace constar de modo explícito, sobre todo en las representaciones muy abreviadas, hay que considerarla según el sentido normal de la lectura. Por ejemplo, en el dinucleótido

   “U-G”, el primero es U.

El esquema representa un trinucleótido, formado por la unión de adenosina monofosfato, uridina monofosfato y citidina monofosfato.

1 = enlace 5’ fosfoéster. 2 = enlace 3’ fosfoéster. 3 = grupo fosfato. 4 = enlace N-glucosídico (1’-9). 5 = ribosa (por la presencia de OH en la posición 2’). 6 = enlace 3’-5’ fosfodiéster. 7 = extremo 3’-OH.

 

8.- Indique el primer nucleótido de la cadena: AMP-GMP-CMP.

 

Al no estar indicada la polaridad hay que interpretar, siguiendo el sentido de la lectura, que el primero es adenosina monofosfato.

Esta  cadena representa un trinucleótido y los dos guiones, los enlaces fosfodiéster.

 

9.- Comente y abrevie la expresión pApCpGpUpC. ¿Qué nucleótido ocupa el 2º lugar?

 

Se trata de un pentanucleótido. El 2º nucleótido es citidina monofosfato.

Cada nucleótido se simboliza por la inicial de la base nitrogenada y está precedido por su grupo fosfato (p). Para abreviar, los 4 enlaces fosfodiéster se pueden representar con guiones: A-C-G-U-C. Si también se omiten estos guiones, resulta: ACGUC.

Para evitar la ambigüedad sobre la polaridad es conveniente indicar el extremo inicial (5’p) poniendo al menos 5’o, simplemente, la letra p. La expresión abreviada queda así: pACGUC, o bien, 5’ACGUC.

 

10.- Nombre el nucleótido que ocupa el 4º lugar de la cadena siguiente: GGUAAAGCCU-5’p.

 

En este caso la cadena representa un decanucleótido, pero está escrita empezando por el final. Teniendo en cuenta que el extremo inicial es el 5’p, el 4º nucleótido es guanosina monofosfato.

 

11.- En relación con los polímeros de ARN, aclare las expresiones (AMP)4 y (U)50. ¿Cuántos enlaces internucleotídicos habría en cada una?

 

Tetranucleótido formado por  AMP (adenosina monofosfato). Hay 3 enlaces internucleotídicos (fosfodiéster).

Polinucleótido formado por la unión de 50 U (uridina monofosfato). Hay 49 enlaces internucleotídicos (fosfodiéster).

 

12.- ¿A qué se llama estructura primaria del ARN?

 

La estructura primaria consiste en la unión de nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster, originando un polímero lineal cuya secuencia es característica y está determinada por el orden de los nucleótidos partiendo del extremo inicial (5’p).

 

13.- Dado el hexanucleótido pCCAAUU escriba otras 3 secuencias cambiando solamente el 2º nucleótido.

 

(a) = pCAAAUU         (b) = pCGAAUU          (c) = pCUAAUU

 

14.- Indique cuántas secuencias diferentes se podrían formar si la cadena tuviera 30 ribonucleótidos.

 

Dado que en cada posición hay 4 alternativas (A, G, C, U): 430.

 

15.- ¿A qué se llama estructura secundaria del ARN?

 

Se dice que un ARN presenta estructura secundaria cuando establece enlaces de hidrógeno intracatenarios (G-C y A-U) y, en general, puede esquematizarse de forma plana. El caso más representativo es la llamada hoja de trébol del ARNt.

 

 

16.- ¿A qué se llama estructura terciaria del ARN?

 

La estructura terciaria incluye los plegamientos tridimensionales de mayor complejidad que la estructura secundaria. Suelen ser estructuras muy complejas y poco conocidas, sobre todo en los ARN ribosómicos. Un ejemplo típico es la configuración espacial característica de los ARN transferentes:

 

 

17.- Breve comentario sobre el ARN ribosómico (ARNr).

 

El ARNr es el más abundante en las células (75 % del total de ARN). Alcanza el nivel estructural terciario y es bastante estable. Asociado a proteínas constituye los ribosomas, que son los orgánulos donde tiene lugar la síntesis de proteínas (traducción del mensaje genético).

Tanto en procariotas como en eucariotas existen distintas variantes de ARNr, que se diferencian por su coeficiente de sedimentación.

 

18.-  Breve comentario sobre el ARN mensajero (ARNm).

 

Así llamado por ser portador de información genética o mensaje. El ARNm  se sintetiza sobre un molde de ADN y su secuencia determina el orden de los aminoácidos durante la síntesis de proteínas (traducción). Cada codón o triplete de nucleótidos codifica un aminoácido, es decir, determina su posición en la cadena polipeptídica que se sintetiza.

El ARNm sólo presenta estructura primaria (salvo contadas excepciones fuera de los eucariontes) . Además de contener codificada la secuencia de una proteína, posee señales para la iniciación (codón AUG) y la terminación de la síntesis proteica (codones UAA, UAG o UGA).

 

19.-  Breve comentario sobre el ARN de transferencia (ARNt).

 

Las moléculas de ARN transferente suelen tener entre 70 y 90 nucleótidos. Pueden presentar nucleótidos con bases nitrogenadas modificadas o poco usuales. El conjunto de ARNt supone aproximadamente el 15 % del ARN celular.

Todos los ARNt presentan estructura terciaria (obviamente, primaria y secundaria). La estructura secundaria típica se llama hoja de trébol y se caracteriza por alternar zonas apareadas (A-U y G-C) con bucles carentes de enlaces o puentes de hidrógeno.

Las partes principales de cualquier ARNt son el extremo final (3’-OH), aceptor de aminoácidos, y la zona del anticodón. Todos los ARN de transferencia desempeñan la función de adaptador o intérprete en la traducción del mensaje genético, ya que se unen a un aminoácido específico y presentan un anticodón complementario  con el correspondiente codón del ARN mensajero.

 

20.- ¿Cómo es la interacción codón-anticodón? Ponga algún ejemplo indicando la polaridad.

 

Consiste en establecer enlaces o puentes de H según la complementariedad de las bases (A-U, G-C). Esta interacción tiene carácter antiparalelo. Ejemplo:

                   ARNm, codón:       5’ - G - C - A - 3’

                   ARNt, anticodón:   3’ - C - G - U - 5’

Dado que entre el par G-C se establecen 3 puentes de H y 2 entre A-U, la interacción del ejemplo conlleva la formación de 8 enlaces de H. Al considerarse como extremo inicial el 5’ se observa que el nucleótido 1º del codón (5’-G) queda enfrentado con el 3º del anticodón (3’-C).

 

21.- ¿Es siempre estricto o correcto el emparejamiento codón-anticodón?

 

Siempre, no. Puede ocurrir que se establezcan atípicos enlaces por puente de hidrógeno entre el nucleótido 3º del codón y el 1º del anticodón. Por ejemplo, cuando la 1ª base del anticodón es G, la 3ª del codón puede ser C o U, en cuyo caso se dice que hay balanceo de G. Esta circunstancia proporciona una explicación acerca de la degeneración del código genético.

 

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22.- Además del ARN mensajero, transferente y ribosómico, ¿conoce otras clases o tipos de ARN?

 

-) ARN heterogéneo nuclear (ARNhn). En las células eucarióticas es el precursor del ARNm, por lo que se llama también premensajero. Su tamaño es muy variable (por lo común entre 5 y 10 kb). Más de la mitad del ARNhn se degrada en el núcleo sin conseguir madurar correctamente.

-) El ARN prerribosómico (pre-ARNAr) es el precursor de los ARNr, que es el más abundante en las células. En torno a la mitad del pre-ARNr que se sintetiza se degrada en el núcleo sin llegar a formar un ARNr maduro.

-) El ARN pretransferente es el precursor de los ARNt.

-) ARN nuclear pequeño (ARNns). Se trata de pequeñas moléculas de ARN de células eucarióticas formadas por 50 a 300 nucleótidos. Actúan asociados a proteínas y, principalmente, se encargan de procesar las moléculas precursoras de ARNm, ARNr y ARNt, posibilitando que la maduración sea correcta.

-) El llamado ARNsc (del inglés, small carrier) se dirige hacia el retículo endoplásmico  para el transporte de proteínas.

-) Ribozimas. Son moléculas de ARN que tienen actividad catalítica.

-) ARN vírico. Se trata de ARN lineal, mono o bicatenario, presente en algunos virus (por ejemplo, retrovirus).

-) ARN viroide. Los viroides son moléculas de ARN circular de una sola cadena capaces de multiplicarse en el interior de células vegetales, causando enfermedades a la planta huésped.

-) ARN virusoide. Es una pequeñamolécula patógena de ARN que se encuentra integrada  en ciertos virus de plantas. Los virusoides son similares a los viroides en tamaño y estructura, diferenciándose  en que los viroides no necesitan a un virus asistente para infectar y multiplicarse.

 

23.- ¿Qué es el ARN de interferencia (ARNi)? ¿En qué consiste la ribointerferencia?

 

El ARN de interferencia es un conjunto de pequeños fragmentos de ARN provenientes de la degradación de ARN del tipo mensajero.

Su aparición desencadena en la célula un mecanismo de silenciamiento génico post-transcripcional, que origina la degradación específica de los ARN mensajeros que sean de cadena complementaria a la del ARN de interferencia.

 

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