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¿Por qué el extremo 5 'del ADN es un monofosfato?

¿Por qué el extremo 5 'del ADN es un monofosfato?



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Según mi libro de texto:

Mientras que el extremo 5 'de una cadena de ADN es típicamente un monofosfato, el extremo 5' de una molécula de ARN es típicamente un trifosfato.

Fuente: Biología: cómo funciona la vida, tercera edición

¿Cómo sabemos que el extremo 5 'del ADN es un monofosfato? Entiendo que…

  • La síntesis de ADN y ARN escinde los nucleósidos trifosfatos en nucleósidos monofosfatos para formar el esqueleto de azúcar-fosfato.
  • Necesariamente, el primer nucleótido tendrá tres fosfatos intactos.

Lo que no entiendo es por qué el ADN no tiene un trifosfato en el extremo 5 'como el ARN. ¿Cómo sucede eso?


Base par

A Base par se refiere a dos bases que forman un "peldaño de la escalera del ADN". Un ADN nucleótido está compuesto por una molécula de azúcar, una molécula de ácido fosfórico y una molécula llamada base. Las bases son las "letras" que explican el código genético. En el ADN, las letras de código son A, T, G y C, que representan las sustancias químicas adenina, timina, guanina y citosina, respectivamente. En emparejamiento de bases, la adenina siempre se empareja con la timina y la guanina siempre se empareja con la citosina.

Más: El ADN se 'lee' en una dirección específica, al igual que las letras y palabras en el idioma inglés se leen de izquierda a derecha. Cada extremo de la molécula de ADN tiene un número. Un extremo se conoce como 5 '(cinco primos) y el otro extremo se conoce como 3 '(tres primos). Las designaciones 5 'y 3' se refieren al número de átomos de carbono en una molécula de azúcar desoxirribosa al que se une un grupo fosfato.

Esta diapositiva muestra cómo se numeran los carbonos en los azúcares, para ayudarlo a determinar qué extremos son 5 'y cuál es 3'. Una vez que averigüe la dirección en la que se lee una hebra, automáticamente sabrá la dirección en la que leer la otra hebra. Esto se debe a que las dos hebras también son antiparalelo (corren en direcciones opuestas), como se menciona en la diapositiva anterior.


Replicación del ADN: mecanismos de replicación del ADN

La replicación del ADN en eucariotas es semiconservativa, semi-discontinua y bidireccional en comparación con semiconservativa, bidireccional y continua en procariotas.

Cortesía de imagen: dbriers.com/tutorials/wp-content/uploads/2012/12/DNA_replication_split.png

La replicación del ADN ocurre durante la fase S del ciclo celular. Es un proceso complejo de varios pasos que requiere más de una docena de enzimas y factores proteicos. Comienza en un lugar particular llamado origen de replicación u ori. El ADN bacteriano y viral tiene un solo origen de replicación. Funciona como una sola unidad de replicación o replicón.

En el ADN eucariota hay varios orígenes de replicación. Tiene varios segmentos o replicones que se replican, es decir, multirreplicónicos. En ausencia de ori, no se producirá la replicación. El requisito de un vector para la tecnología del ADN recombinante es obtener el origen de replicación.

La replicación del ADN es energéticamente muy cara. La principal enzima de la replicación del ADN es la ADN polimerasa dependiente del ADN. La replicación del ADN es bastante rápida. La replicación del ADN de E. coli con 4,6 x 10 6 pb requiere 19 minutos.

En una tasa promedio de polimerización de bases es de 2000 pb por segundo en cada dirección. La replicación requiere abundante energía que proviene de la descomposición de trifosfatos de desoxirribonucleótidos.

La replicación se lleva a cabo de la siguiente manera:

1. Activación de desoxirribonucleótidos:

Los desoxirribonucleótidos o los desoxirribonucleósidos monofosfatos se encuentran libremente dentro del nucleoplasma. Son de cuatro tipos: deAMP (monofosfato de desoxiadenosina), deGMP (monofosfato de desoxiguanosina), deCMP (monofosfato de desoxicitidina) y deTMP (monofosfato de desoxitimidina). Primero se fosforilan y se cambian a formas activas que tienen tres residuos de fosfato en lugar de uno. Se requieren enzimas fosforilasa junto con energía.

Los nucleótidos fosforilados son deATP (trifosfato de desoxiadenosina), deGTP (trifosfato de desoxiguanosina), deCTP (trifosfato de desoxicitidina) y deTTP (trifosfato de desoxitimidina). Estos trifosfatos de bases tienen un doble propósito. Actúan como sustrato y proporcionan energía para la polimerización de nucleótidos.

2. Exposición de hebras de ADN:

La enzima helicasa (unwindase) actúa sobre el sitio Ori y abre la cremallera (desenrolla) las dos hebras de ADN destruyendo los enlaces de hidrógeno. Las cadenas separadas se estabilizan mediante proteínas de unión monocatenarias (SS BP) o proteínas estabilizadoras de hélice. El desenrollado crea tensión en la parte desenrollada formando más superenrollamientos. La tensión es liberada por las enzimas topoisomerasas.

Causan cortes y resellados de la hebra de ADN. Junto con la topoisomerasa, las bacterias poseen otra enzima llamada ADN girasa que puede introducir superenrollamientos negativos (los trabajadores mayores creían que la girasa funcionaba tanto para la helicasa como para la topoisomerasa).

Con la ayuda de varias enzimas, ambas cadenas de ADN se abren para la replicación. Sin embargo, todo el ADN no se abre en un tramo debido a un requerimiento de energía muy alto. El punto de separación avanza lentamente hacia ambas direcciones. En cada dirección, da la apariencia de una estructura en forma de Y llamada horquilla de replicación (Fig. 6.13 y 6.14).

3. Cebador de ARN:

Es esencial para la iniciación de nuevas cadenas de ADN. El cebador de ARN es una pequeña cadena de ARN que se sintetiza en el extremo 5 & # 8242 de la nueva cadena de ADN con la ayuda de la enzima ARN polimerasa específica de ADN llamada primasa. El cebador de ARN se forma en el extremo libre de una hebra y en el extremo de la horquilla de la otra hebra. La formación del cebador de ARN constituye la fase de inicio de la síntesis de ADN porque sin la presencia del cebador de ARN, las polimerasas de ADN no pueden agregar nucleótidos.

Se requiere una enzima más compleja llamada primo some en el fago ф x 174 y en algunos otros sistemas procarióticos. En eucariotas, la función de primasa la realiza la enzima ADN polimerasa α. Se acumula

ARN de 10 bases y 20-30 bases de ADN (Lewin, 2004). Después del inicio de la cadena de nucleótidos, se elimina el cebador de ARN y el espacio se llena con ADN polimerasa I en procariotas y ADN polimerasa β en eucariotas.

4. ADN polimerasas:

Los procariotas tienen tres tipos principales de enzimas que sintetizan ADN llamadas ADN polimerasas III, II e I. Todas añaden nucleótidos en la dirección 5 & # 8217— & gt3 & # 8242 en el tramo 3 & # 8242 - & gt 5 & # 8242 de la hebra parental. También poseen actividad de exo-nucleasa 3 & # 8217— & gt5 & # 8242. Mientras que la ADN polimerasa III participa principalmente en la replicación del ADN (adición y polimerización de nuevas bases), la polimerasa I es la principal enzima reparadora. La polimerasa II es una enzima reparadora menor.

La ADN polimerasa I también tiene actividad de exonucleasa 5 - & gt3. En eucariotas se encuentran cinco tipos de ADN polimerasas: α, β, γ, δ y ε, pero las tres principales son α, δ y e. La polimerasa 8 participa en la replicación de la cadena principal. La polimerasa puede ayudar en la síntesis de la hebra rezagada junto con otras funciones. La polimerasa α es la enzima más grande y principal de replicación del ADN. Todas las ADN polimerasas tienen una configuración de mano de agarre con el pulgar en un lado, los dedos en el otro y la palma como un sitio catalítico cóncavo para combinar patrones y pares de bases.

5. Emparejamiento de bases:

Las dos cadenas de ADN separadas en la horquilla de replicación funcionan como plantillas. Los desoxirribonucleósidos trifosfatos se encuentran frente a las bases de nitrógeno de las plantillas de ADN expuestas: deTTP frente a A, deCTP frente a G, deATP frente a T y deGTP frente a C.

El ataque nucleofílico separa un pirofosfato (PPi) del trifosfato. Se establecen enlaces de fosfodiéster. La hidrólisis del pirofosfato por la enzima pirofosfatasa libera energía. Trifosfato de desoxirribouncleósido → Monofosfato de desoxirribouncleósido + PPi

La energía se utiliza para establecer enlaces de hidrógeno entre los nucleótidos libres y las bases nitrogenadas de las plantillas.

6. Formación de cadenas:

Requiere ADN polimerasa III (Kornberg, 1956) en procariotas y polimerasa δ / ε en eucariotas. La ADN polimerasa III es una enzima compleja que tiene siete subunidades (a, β, ƍ, ƴ, €, θ, τ). En presencia de Mg 2+, ATP (GTP), TPP y ADN polimerasa III, los nucleótidos adyacentes que se encuentran unidos a las bases de nitrógeno de cada hebra de ADN molde establecen enlaces fosfodiéster y se unen para formar una hebra de ADN replicada.

A medida que avanza la replicación, nuevas áreas del dúplex de ADN parental se desenrollan y se separan de modo que la replicación avanza rápidamente desde el lugar de origen hacia el otro extremo. El cebador de ARN se elimina y el espacio se llena con nucleótidos complementarios por medio de la ADN polimerasa I. Debido a la apertura secuencial de la doble cadena del ADN y su replicación para formar dos cadenas, la replicación del ADN también se denomina duplicación de cremallera.

Sin embargo, la ADN-polimerasa puede polimerizar nucleótidos solo en la dirección 5 & # 8217 → 3 & # 8242 en la cadena 3 & # 8242 - & gt 5 & # 8242 porque los agrega en el extremo 3 & # 8242. Dado que las dos hebras de ADN corren en direcciones antiparalelas, las dos plantillas proporcionan diferentes extremos para la replicación. La replicación sobre las dos plantillas procede así en direcciones opuestas. Una hebra con polaridad У - & gt 5 & # 8242 forma su hebra complementaria continuamente porque 3 & # 8217end de la última siempre está abierta para elongación.

Se llama hebra principal. La replicación es discontinua en la otra plantilla con polaridad 5 & # 8242 → 3 porque solo un segmento corto de la cadena de ADN puede construirse en la dirección 5 & # 8242 → 3 debido a la exposición de un pequeño tramo de plantilla a la vez. Los segmentos cortos de ADN replicado se denominan fragmentos de Okazaki (= segmentos de Okasaki Reiji Okazaki, 1968). Cada uno de ellos tiene 1000-2000 pb en procariotas y 100-200 pb en eucariotas.

También se requiere un cebador de ARN cada vez que se construye un nuevo fragmento de Okazaki. Después de reemplazar el cebador de ARN con desoxirribonucleótidos y su polimerización, los fragmentos de Okazaki se unen mediante la enzima ADN ligasa (Khorana, 1967). La hebra de ADN formada por fragmentos de Okazaki se llama hebra rezagada.

A medida que una hebra crece continuamente mientras que la otra se forma de forma discontinua, la replicación del ADN es semidiscontinua. Dado que la replicación procede bidireccionalmente desde el origen de la replicación u ori, una hebra parental formará una hebra principal en un lado y una hebra retrasada en el otro lado. Lo contrario ocurre en las hebras parentales del otro lado. Esto ayuda a completar la replicación simultáneamente en todo el replicón.

7. Revisión de pruebas y reparación del ADN:

A veces se introduce una base incorrecta durante la replicación. La frecuencia es una de cada diez mil. La ADN polimerasa III puede detectar lo mismo. Retrocede, quita la base incorrecta, permite la adición de la base adecuada y luego avanza. Sin embargo, incluso la ADN polimerasa III es incapaz de distinguir el uracilo de la timina, por lo que a menudo se incorpora en lugar de timina. Este desajuste se corrige mediante una serie de enzimas.

Existe un mecanismo de reparación separado para cualquier daño causado al ADN debido a mutación, exposición a los rayos UV o desajuste que escapa al mecanismo de corrección de pruebas. Un corte o rotura es causado por una endonucleasa cerca de la región de reparación. La ADN polimerasa I (Komberg, 1969) elimina los nucleótidos mal emparejados o incorrectos si están presentes y sintetiza un reemplazo correcto utilizando la hebra intacta como molde. El segmento recién formado está sellado por ADN ligasa.


Función del grupo de fosfato

En Energía Celular

Una de las principales funciones de un grupo fosfato dentro de las células es como molécula de almacenamiento de energía. Cuando se agrega un grupo fosfato a una molécula de adenosina, se convierte en monofosfato de adenosinao AMP. Esta molécula se utiliza en una serie de reacciones bioquímicas y está muy involucrada tanto en el almacenamiento de energía como en segundo mensajero en señalización celular.

Cuando agrega otro grupo fosfato, obtiene difosfato de adenosina (ADP). Esta molécula tiene un grupo fosfato adicional unido al primero y almacena energía en este enlace. Esta molécula de ADP puede aceptar otro grupo fosfato y convertirse en trifosfato de adenosina. Comúnmente llamada ATP, esta molécula puede transferir el tercer grupo fosfato a varias enzimas, activándolas o aportando energía a algún proceso. Puede ver el reciclaje de grupos fosfato entre ADP y ATP en el diagrama a continuación.

Los grupos fosfato son uno de los componentes celulares más importantes. Desafortunadamente para los organismos, se basa principalmente en una fuente de átomos de fósforo. Esta es la razón por la que el fósforo es comúnmente un nutriente limitante. Es comúnmente un componente de fertilizante para cultivos agrícolas, lo que permite que tanto las plantas como los microorganismos en el suelo prosperen.

Dentro del ADN

Un grupo fosfato también es un componente clave de la vida misma. Un constituyente de ácido desoxirribonucleico es una serie de fosfatos individuales. El ADN se compone de unidades individuales, llamadas nucleótidos. Cada nucleótido libre tiene dos grupos fosfato adicionales, que se utilizarán en la reacción uniéndolo a la cadena de ADN. El proceso se puede ver en el siguiente diagrama.

Cada nucleótido contiene un base de nucleótidos (A, T, C o G), un azúcar (desoxirribosa) y un grupo fosfato. La cadena de ADN está formada por enlaces entre el grupo fosfato de una molécula y la molécula de azúcar de la siguiente. Esta serie de enlaces fosfodiéster se convierte en el esqueleto de fosfato de azúcar de la molécula. Esto también es cierto para el ARN, pero el azúcar es diferente (ribosa).

AMP cíclico

Otra función importante de un grupo fosfato dentro de los sistemas biológicos es como parte del mensajero celular, monofosfato de adenosina cíclico. También conocida como AMP cíclico, o simplemente AMPc, esta molécula se utiliza en varios transducción de señales caminos. La transducción de señales es el proceso de transmisión de una señal química a través de la membrana celular. Implica varias proteínas y, a menudo, uno o dos grupos de fósforo.

Típicamente, una vía de transducción de señales comienza cuando una sustancia química llega a un proteína de membrana integral. Estas proteínas atraviesan la membrana celular. Cuando la proteína es activada por la sustancia química, cambia ligeramente de forma, activando otra enzima dentro de la membrana celular. Esta enzima, adenilato ciclasa, utiliza la energía de dos grupos fosfato de una molécula de ATP para producir un AMPc. Esta molécula señal luego afecta a otras proteínas, canales y enzimas, lo que lleva a una reacción celular general. Este uso de un grupo fosfato (o muchos) se ve en muchos canales de comunicación celular.

Otros usos de un grupo fosfato

Un grupo fosfato también es un componente de la bicapa lipídica que crea membranas celulares. Cada fosfolípido La molécula dentro de la bicapa tiene un grupo fosfato en la cabeza de la molécula. El grupo fosfato es hidrofílico, atrayendo la cabeza de la molécula hacia el agua. los hidrofóbico las colas se juntan, formando una membrana semipermeable que separa el contenido de la célula del exterior.

Un grupo fosfato libre dentro del citoplasma también puede actuar como un buffer, adhiriéndose a ácidos o bases fuertes y disminuyendo su efecto sobre el medio ambiente en su conjunto. Esto ayuda a las células a mantener un pH regular y constante y permite que los procesos celulares evolucionen.


Sondas genéticas: concepto, etiquetado y traducción

La información necesaria para producir una sonda genética puede provenir de muchas fuentes, pero con el desarrollo y la sofisticación de la base de datos genética, obtener este conocimiento suele ser una de las primeras etapas.

En algunos casos, es posible utilizar proteínas relacionadas de la misma familia de genes para obtener información sobre las secuencias de ADN más útiles.

Las secuencias de proteínas o ADN que son similares pero que son de especies diferentes también pueden proporcionar un punto de partida con el que producir una sonda genética denominada heteróloga.

También con la ayuda de la base de datos, la sonda oligonucleotídica monocatenaria se puede sintetizar químicamente. Esto se realiza mediante sintetizadores de genes controlados por computadora que unen los dNTP sobre la base de una secuencia deseada. Cualquiera sea la forma que se utilice para obtener una sonda, pero debe asegurarse de que la sonda sea única y no sea capaz de recocerse por sí misma ni de ser autocompensante.

Cuando se dispone de escasa información de ADN para preparar una sonda genética, en algunos casos es posible utilizar el conocimiento obtenido del análisis de proteínas, ya que a partir del código genético es posible predecir las diversas secuencias de ADN que podrían codificar la proteína y así poder sintetizar secuencia de oligonucleótidos químicamente.

Sin embargo, debido a la degeneración del código genético, podría haber más de un oligonucleótido para un polipéptido dado. Idealmente, una secuencia que sea específica para un gen dado y no tenga más de 20 bases que contenga tantos triptófano y metionina como sea posible es suficiente, ya que estos tienen codones únicos y, por lo tanto, menos secuencias de bases posibles que pueden codificar esa parte de la proteína.

Etiquetado de sondas genéticas:

Una característica esencial de la sonda genética es que puede visualizarse de alguna manera. Por lo tanto, el etiquetado de la sonda es imprescindible y se realiza mediante dos métodos, tradicionalmente mediante el uso de marcadores radiactivos y mediante marcadores no radiactivos. Los marcadores radiactivos más utilizados son fósforo 32 (32 P), azufre 35 (35 S) y tritio (3 H) que se detectan mediante un proceso de autorradiografía.

Sondas no radiactivas, aunque menos sensibles que las sondas radiactivas, pero son seguras de usar. Los sistemas de etiquetado se denominan directos o indirectos. El etiquetado directo permite que un indicador enzimático, como la fosfatasa alcalina, se acople directamente al ADN. El método de marcaje indirecto que es más popular implica la unión de nucleótidos que tienen un marcador adherido, por ejemplo, biotina, fluoresceína y digoxigenina.

Estas moléculas están unidas covalentemente a nucleótidos. A continuación, pueden usarse proteínas de unión específicas como puente entre el nucleótido y la proteína informadora, como la enzima. Por ejemplo, la biotina incorporada en una molécula de ADN es reconocida con una afinidad muy alta por la estreptavidina. Esto a su vez se puede combinar con la enzima fosfatasa alcalina que puede convertir el compuesto incoloro p-nitrofenol fosfato (PNPP) en un compuesto de color amarillo p-nitrofenol (PNP) y también ofrece un medio de amplificación de la señal.

Por lo tanto, en lugar de que el sistema de detección se base en la autorradiografía, que es necesaria para los radiomarcadores, es mucho mejor una serie de reacciones que den como resultado color, una luz o una quimioluminiscencia, ya que la autorradiografía puede tardar de 1 a 3 días, donde la reacción de color y quimioluminiscencia toma una pocos minutos.

Etiquetado final de moléculas de ADN:

La forma más sencilla de etiquetado es mediante el etiquetado de 5 & # 8242- o 3 & # 8242-end. El marcaje del extremo 5 & # 8242 implica una transferencia de fosfato o una reacción de intercambio en la que el 5 & # 8242-fosfato del ADN que se va a utilizar se reemplaza por 32 P. Este es transportado por dos enzimas: la primera, fosfatasa alcalina que elimina el grupo fosfato seguido de poli nucleótido quinasa que cataliza la transferencia del grupo fosfato (32 P) al extremo 5 & # 8242 del ADN. A continuación, la sonda recién marcada se purifica, normalmente mediante cromatografía a través de una columna Sephadex para eliminar cualquier marcaje radiactivo no incorporado.

Usando el otro extremo de la molécula de ADN, el extremo 3 & # 8242- es ligeramente menos complejo. Aquí se añade un nuevo dNTP marcado ([un 32 -P] ATP o dNTP marcado con biotina) al extremo 3 & # 8242 del ADN mediante la enzima transferasa terminal. Aunque esta es una reacción más simple, existe un problema potencial porque se agrega un nuevo nucleótido a la secuencia existente y, por lo tanto, se altera la secuencia completa del ADN, lo que puede afectar su hibridación con su secuencia diana. Los métodos de etiquetado final también adolecen del hecho de que solo se agrega una etiqueta al ADN, por lo que dichos métodos son de baja actividad en comparación con otros que incorporan una etiqueta a lo largo de la secuencia de ADN.

Etiquetado de imprimación aleatoria:

El ADN que se va a marcar se desnaturaliza primero y luego se deja re-naturalizar en presencia de secuencias aleatorias de hexámeros o hexanucleótidos. Estos hexámeros se unirán por casualidad a la muestra de ADN siempre que encuentren una secuencia complementaria y, por lo tanto, el ADN adquirirá un hibridación de hexanucleótidos con ella.

Cada uno de los hexámeros puede actuar como cebador para la síntesis de una hebra nueva de ADN catalizada por la ADN polimerasa, ya que tiene un grupo 3 & # 8242- hidroxilo libre. El fragmento de Klenow de la ADN polimerasa se usa para el marcaje de cebadores aleatorios ya que carece de actividad exonucleasa 5 & # 8242 → 3 & # 8242 pero aún actúa como polimerasa 5 & # 8242 → 3 & # 8242.

Traducción de Nick:

Es un método tradicional de etiquetado de ADN. Se utilizan concentraciones bajas de DNasa I para crear una muesca ocasional de una sola hebra que luego se rellena con la ADN polimerasa utilizando un dNTP apropiado al mismo tiempo que se crea una nueva muesca en el lado 3 & # 8242 de la anterior. Si se utilizan dNTP marcados, el ADN puede marcarse con una actividad específica muy alta.


2: Química y moléculas biológicamente importantes

UNA. Enlaces químicos / fuerzas atractivas: fuerzas de atracción entre átomos. El número de electrones en el nivel / capa de energía más externa determina las propiedades químicas de un átomo. Si la capa exterior (= valencia) está llena de electrones, el átomo no tiende a reaccionar con otros átomos. Si la capa de valencia no está llena, el átomo tiende a reaccionar con otros átomos para llenar la capa de electrones de valencia.

Tres tipos de vínculos / fuerzas atractivas: El tipo de enlace formado depende de la configuración electrónica y la electronegatividad de los átomos involucrados:

1. enlaces iónicos: iones sodio y cloruro. El átomo de sodio (11 p +, 11e-) pierde 1 electrón y se convierte en un catión con carga positiva. El átomo de cloruro (17 p +, 17 e-) gana 1 electrón y se convierte en un anión cargado negativamente.

Los iones de sodio y cloruro cargados de manera opuesta se atraen entre sí. La atracción eléctrica entre 2 iones con carga opuesta es un enlace iónico.

2. enlaces covalentes: formado cuando los átomos comparten pares de electrones para llenar la capa de valencia. El número de enlaces covalentes formados depende de los electrones de valencia. enlaces covalentes simples, dobles, triples. p.ej. H2O. Indicado por línea continua y ldquo- y ldquo

una. electronegatividad: - capacidad de los átomos para atraer electrones. bajo = H, C alto = O

B. polar enlace covalente: 2 átomos comparten electrones de manera desigual, un miembro tiene una ligera carga positiva y un miembro tiene una ligera carga negativa. por ejemplo, agua

carga parcial = & delta

C. no polar enlace covalente: 2 átomos comparten electrones por igual. Carga distribuida uniformemente. por ejemplo, hidrocarburos

Si la diferencia de electronegatividad es de aprox. & gt0.5, el enlace covalente formado será polar

3. Hydrogen & quotbonds & quot (& ldquo. & rdquo): No son enlaces verdaderos, una fuerza atractiva. HEl hidrógeno involucrado en un enlace covalente polar lleva una carga positiva parcial y delta. El hidrógeno también puede ser atraído por otras moléculas que llevan una carga negativa parcial y delta, formando un enlace de hidrógeno.

Bio 440 Mapa conceptual de enlaces químicos / fuerzas atractivas : distribuir en conferencia

B. Fuerza de unión en soluciones acuosas: mas fuerte enlace covalente & gt iónico & gt H más débil

1. Aunque son débiles, múltiples enlaces de hidrógeno son importantes para estabilizar la forma tridimensional de muchas moléculas biológicas. (La forma determina la función & ldconformación quofuncional & rdquo)

2. Los enlaces covalentes suelen ser muy estables.

-células de uso catalizadores de proteínas llamados enzimas para & ldquobreak & rdquo enlaces covalentes, p. ej. hidrolizado

3. Compuestos iónicos y ldquofall aparte y rdquo en agua. ex cristales de NaCl en agua iones atraídos por moléculas de agua polares

IV. Propiedades especiales del agua

La mayoría de los microorganismos contienen aprox. 70% de agua. La mayoría de las reacciones químicas ocurren en ambientes acuosos.

Clave de las propiedades únicas del agua: polaridad de la molécula de agua y formación de enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua

2. menos denso como sólido (hielo) que líquido, por lo tanto, el hielo flota- & gt océanos / lagos habitables en climas fríos

3. El calor / agua específico alto absorbe mucha energía antes de que se rompan suficientes enlaces H para aumentar la energía cinética / velocidad de las moléculas de agua, lo que aumenta la temperatura. El agua ayuda a moderar los cambios de temperatura.

4. alto calor de vaporización / a medida que el agua se evapora, elimina la energía / calor y efecto de enfriamiento del GT

5. excelente disolvente = molécula polar

hidrofílico Sustancias = agua & ldquoloving & rdquo, sustancias polares / iónicas atraídas por las moléculas de agua, forman enlaces con sustancias hidrofílicas

hidrofóbico Sustancias = agua y ldquohating & rdquo sin carga, no polar, no se disuelve / mezcla con agua ya que estas sustancias carecen de carga, las moléculas de agua no se sienten atraídas por ellas, por ejemplo, hidrocarburos, lípidos

6. el agua ioniza: H2O & lt- & gt H + + OH -

7. Equilibrio agua y ácido-base. pH (también Capítulo 4 en el manual de laboratorio)

pH= -log [H +] (más en el laboratorio)

ácidos : fig ___- los ácidos se ionizan, liberan H + libre, aumentan la concentración de H + de la solución acuosa

bases : menor concentración de H + de la solución acuosa (las bases fuertes se ionizan liberando iones hidroxilo OH- p. ej., NaOH- & gt Na + + OH - las bases débiles se unen a iones / protones de hidrógeno libres H + p. ej., amoniaco NH3 + H + - & gt NH4 +

V. Grupos funcionales y esqueletos de carbono

A. Química orgánica: estudio de compuestos que contienen carbono (excluyendo CO inorgánico2)

1. esqueletos de carbono / carbono: capacidad para formar 4 enlaces covalentes / variedad infinita de esqueletos de carbono

-variaciones de número de carbonos, ramificación, dobles enlaces, formación de anillos

-ejemplos de hidrocarburos, = H y C solo no polares: metano, etano

2. la adición de grupos funcionales a los esqueletos de carbono cambia el carácter de la molécula la mayoría de las veces las reacciones químicas involucran grupos funcionales

B. Grupos funcionales: (R = & rdquorest & rdquo de molécula / esqueleto de carbono)

metilo: R-CH no polar, hidrofóbico3

hidroxilo: polar, hidrófilo R-OH

carbonilo C = O: polar, hidrofílico

carbonilo terminal: aldehídos: R-CH = O

carbonilcetona interna: R1-CO-R2

carboxilo: polar, hidrófilo, ácido / ionizado para aumentar el H + libre en solución

amino: polar, hidrofílico, básico, se une a H +, disminuye el H + libre en solución

residuo de ácido fosfórico (muy ácido) - & gtioniza- & gtfosfato: polar, hidrofílico,

VI. Moléculas biológicamente importantes: proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos.

(ver hoja de tareas de química)

UNA. Macromoléculas= & ldquolarge moléculas & rdquo

1. la mayoría son polímeros de subunidades repetidas (monómeros)

-unido por la eliminación de H + OH = agua : & ldquodeshydration síntesis & rdquo o & ldquocondensationreactions & rdquo (opuesto = hidrólisis)

A-H + OH-B - & gt - síntesis de deshidratación - & gt A-B + H2O

una. proteínas / aminoácidos

B. ácidos nucleicos / nucleótidos

C. carbohidratos: polisacáridos /monosacáridos y ldquosazúcares y rdquo

3. Lípidos=hidrofóbico

B. Proteinas: polímeros de aminoácidos

1. Aminoácidos:

20 tipos diferentes / todos comparten la estructura básica:

-carbono central con 4 & ldquogroups & rdquo unidos H, grupo carboxilo, grupo amino y grupo lateral R.

20 grupos laterales R diferentes

-Los grupos R especifican & ldquopersonality & rdquo / reactividad química de aminoácidos.

-Anfótero: tiene cualidades ácidas y básicas

-Las proteínas contienen solo isómeros L

. (Las paredes de las células bacterianas / algunos antibióticos contienen aminoácidos D, estos NO son proteínas).

-Las bacterias tienen formil-metionina f-met como 21 aminoácido

2. Polímeros de aminoácidos: aa1-aa2-aa3-aa4-aa5-aa6 ---- unidos por enlaces peptídicos

3. componente más abundante de las células (junto al agua) 50% del peso seco = proteína

4. Funciones:

una. enzimas= catalizadores de proteínas / acelerar las reacciones químicas sin ser & ldquoused & rdquo -bioquímicos & ldquotools & rdquo de células sitio activo = sustrato específico

C. proteínas de transporte d. receptores, anticuerpos, mensajeros químicos y más.

5. Estructura proteica: primaria, secundaria, terciaria, cuaternaria.

Niveles de estructura proteica

Estructura primaria : secuencia específica de aminoácidos en la cadena polipeptídica

-determina todos los demás niveles superiores de estructura, por lo tanto, determina la conformación ldquofuncional y rdquo

-La secuencia de aminoácidos de una proteína está determinada por la secuencia de bases de nucleótidos de ADN de su gen

Estructura secundaria enrollado / plegado de la cadena polipeptídica en patrones específicos, como hojas plegadas alfa y alfa helicoidales y beta

-enlaces de hidrógeno entre miembros del péptido y ldquobackbone y rdquo (grupos R no involucrados)

Estructura terciaria : plegamiento adicional del polipéptido en forma compleja 3-D - para muchas proteínas, la conformación funcional. Interacciones del grupo R (enlaces H, iónicos, enlaces covalentes, interacciones hidrofóbicas, fuerzas de dispersión de Londres / puentes disulfuro de fuerzas de van der Waals entre residuos de cisteína)

Estructura cuaternaria : la asociación de 2 o más subunidades polipeptídicas para formar una proteína funcional. ex hemoglobina, inmunoglobulina. Interacciones del grupo R como para la estructura terciaria

6. Desnaturalización de proteínas: despliegue de polipéptidos. Pérdida de forma / estructura = pérdida de función

-alta temperatura, pH extremos, metales pesados, alcoholes.

-aplicaciones: la desnaturalización de proteínas se utiliza para inactivar / matar microbios patógenos.

- autoclave, ebullición, alcoholes, metales pesados, uso físico y de cuota & quot

-Por lo general, la desnaturalización es irreversible.

-Excepciones: termófilos, proteínas chaperonas.

7. y ldquoEnfermedades de plegamiento incorrecto de proteínas& rdquo: las proteínas priónicas anormalmente plegadas causan encefalopatías espongiformes transmisibles, EET. Los priones que causan enfermedades son increíblemente difíciles de desnaturalizar, resisten la desnaturalización por cocción, autoclave normal, la mayoría de los productos químicos. Estructuras biológicas más resistentes conocidas. Enfermedad adicional de plegamiento incorrecto de proteínas: Alzheimer, Parkinson, más (¿podrían las enfermedades de Alzheimer, Parkinson ser transmisibles al igual que las TSE? ¿Podrían las proteínas mal plegadas ser resistentes a la desnaturalización, por lo que podrían ser transferidas por instrumentos médicos, instrumentos dentales).

8. Antibióticos que inhiben la síntesis de proteínas bacterianas.:. los ejemplos incluyen tetraciclina, aminoglucósidos, cloranfenicol, macrólidos (por ejemplo, eritromicina) lincosamida, estreptograminas

9. Medicamentos antivirales: algunos medicamentos utilizados para inhibir la replicación de virus interfieren con la síntesis / procesamiento de proteínas, por ejemplo, ácidos nucleicos antisentido, inhibidores de proteasa

C. Ácidos nucleicos

1. Polímeros de nucleótidos

una. ADN = información genética del ácido desoxirribonucleico de la célula

B. ARN = ácido ribonucleico: mensajero, (ARNm), ribosómico (ARNr) y de transferencia (ARNt). Funciones en la transcripción y traducción de secuencias de bases de ADN en secuencias de aminoácidos de proteínas.

2. Nucleótidos: 3 componentes

una. Azúcar 5 C + grupo fosfato + base nitrogenada (purina o pirimidina)

B. emparejamiento de bases complementarias A :: T A :: U C :: G

C. crear una tabla para comparar y contrastar el ADN con el ARN

bases nitrogenadas adenina A adenina A

Maridaje de bases complementarias

#strands bicatenario = ds monocatenario = ss

3. ADN, ARN: polímeros de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Los enlaces de hidrógeno entre bases complementarias mantienen juntas 2 hebras de ADN hermanas complementarias (enlaces H intermoleculares) y estabilizan formas complejas en 3-D de ARN (enlaces H intramoleculares)

4. a. Las células transportan tanto ADN como ARN. Por el contrario, los virus transportan ADN o ARN, no ambos (algunas excepciones). Hay algunos virus ssDNA (parvovirus) y algunos virus ds RNA (reovirus), así como virus ds DNA y ssRNA virus

B. La mayoría de los procariotas portan cromosomas de ADN ds circular, la mayoría de los eucariotas portan múltiples cromosomas lineales hechos de ADN ds

C. El ADN puede formar enlaces H complementarios con el ARN. Este proceso es crucial en la transcripción (más adelante)

D. Para distinguir los carbonos en el azúcar de 5 carbonos de los carbonos base nitrogenados en un nucleótido, se agrega un & ldquo & rsquo & rdquo a los carbonos de azúcar para distinguirlos de los carbonos base nitrogenados. Por lo tanto, el carbono 3 y rsquo o 5 y rsquo se refiere a los carbonos en el azúcar y el carbono 3 o el carbono 5 se refiere a los carbonos en la base nitrogenada.

mi. La combinación de un azúcar de 5 carbonos y una base nitrogenada se llama nucleósido. 1, 2 o 3 grupos de fosfato se agregan al carbono 5 y rsquo creando nucleósido-mon-, di- o tri-fosfatos

F. Fosfatos los grupos se adjuntan a la 5 y rsquo carbono del azúcar en un nucleótido. En una hebra creciente de ácido nucleico, los nucleótidos entrantes solo pueden agregarse en el extremo 3 & rsquo OH de la hebra. Así se dice que una hebra alargar en una dirección 5 & rsquo a 3 & rsquo (5 & rdquo- & gt3 & rsquo)

gramo. Si se corta, una hebra de ADN o ARN tiene un extremo libre de fosfato de 5 y rsquo (5 y rsquoP) y una libre 3 y rsquoOH fin. En el ADN ds, las hebras complementarias y ldquosister y rdquo son y ldquoantiparalelo y rdquo en que el extremo 5 & rsquo P de una hebra se encuentra adyacente al extremo 3 rsquoOH de la hebra hermana complementaria

h. Energized precursors required for synthesis of DNA/RNA are nucleoside triphosphates in RNA/DNA strands, nucleoside monophosphate residues are present (more later)

i. some antifungal drugs interfere with RNA function e.g. flurocytosine. Some antiprotozoan drugs inhibit nucleic acid synthesis/function: eflornithine, nitroimadazoles, pentamidine. Some antihelminthic drugs inhibit nucleic acid synthesis: niridazole, olitpraz, oxamniquine, all for Schistosoma infecciones

i. Nucleoside triphosphates as energy sources: ATP: ATP is the &ldquoprinciple short-term, recyclable energy source for cells. Energy is stored in high energy bonds between phosphate groups 1

tilde indicates bind which releases large amounts of energy when hydrolyzed . More later in metabolism. Adenosine triphosphates is also a building block for RNA

D. Carbohydrates : carbon + water/ generalized formula (CH2O)norte. Energy storage, structural. C skeleton, carbonyl group, hydroxyl groups. Suffix &ldquo-ose&rdquo (see chem. homework sheet)

una. monosaccharides (=monomers) ex glucose, fructose, galactose, ribose, deoxyribose- structure of glucose & fructose . In aqueous solutions, glucose alternates between linear and ring forms. 2 ring forms depending on orientation of &ndashOH on carbon 1, alpha and beta.

-glucose is used as a source of energy and carbon

B. disaccharides: ex sucrose (glucose + fructose), lactose (glucose + galactose)

-glycosidic bonds join monosaccharide residues

C. polysaccharides: polymers of monosaccharides covalent bonds=glycosidic bonds. p.ej. glycogen, starch (amylose + amylopectin)=polymers of alpha glucose helical,some branched, cellulose = polymers of beta glucose straight chains (know)

2. Modified sugars e.g. modified glucose

-NAG: addition of amino residue and acetyl group to carbon 2 of glucose forms

N-acetylglucosamine (NAG)

-chitin: polymer of beta-NAG found in cell walls of fungi and exoskeleton of arthropods. Function similar to cellulose in plant cell walls

-NAM : further modification of NAG to form N-acetylmuramic acid, NAM (lactic acid residue covalently linked to carbon3).. Only members of Domain Bacteria have enzymes to synthesize NAM, thus NAM is called a &ldquosignature&rdquo molecule&rdquo for Doman Bacteria

-peptidoglycan: Unique to members of Domain Bacteria, found in bacterial cell walls, functions to strengthen cell walls and prevent osmotic lysis (similar to chitin and cellulose). Polymers of alternating NAG and NAM (&ldquoglycan&rdquo sugars) linked by beta glycosidic bonds crosslinked by peptide chains (&ldquopeptido&rdquo). Peptidoglycan/pg synthesis is the target of many antibiotics e.g. beta lactam antibiotics penicillin, ampicillin etc and vancomycin, cycloserine, bacitracin

3. Hydrolysis of carbohydrates: an organism&rsquos ability to use a carbohydrate as a carbon and energy source depends on its ability to synthesize hydrolytic enzymes specific for a carbohydrate

Mammalian &ldquolactase&rdquo/bacterial &ldquobeta-galactosidase&rdquo

Maltose (breakdown product of starch)

4. Hydrolysis of glucose polymers by mammals: Mammals have enzymes to hydrolyze alpha glycosidic bonds between alpha glucose subunits found in starch and glycogen (e.g. salivary amylase). However mammals lack cellulase to hydrolyze beta glycosidic bonds found in cellulose, consequently mammals cannot digest plant cellulose (&ldquofiber&rdquo).

-Some herbivores (animals who eat plants) can digest cellulose-how?

One group, the ruminants, have a 4 compartment &ldquostomach&rdquo or digestive chamber which includes a rumen and reticulum. los rumen-reticulum are microbial fermentation vats filled with bacteria and protozoa. These microbes synthesize celulasa y hydrolyze cellulose the ruminants eat, releasing glucose subunits which can then be fermented. As a result of glucose fermentation, the microbes produce large amounts of carbon dioxide and methane (&ldquogreenhouse gases&rdquo released by &ldquoeructation&rdquo) and short chain fatty acids (C/energy source) and ammonium (absorbed across rumen wall into bloodstream). Rumen fluid then flows into the true stomach, the abomasum, for further digestion (note: the microbes themselves can act as nutrients). Thus the symbiotic relationship between ruminant and rumen microbe is mutualistic, both partners benefit.

-Although horses and rabbits are not ruminants, their large ceca -(singular=cecum) contain cellulose digesting microbes and serve a similar function as the rumen-reticulum.

-Of interest, rabbits are coprophagic, they eat their feces, thus benefiting from digestion of the cecal microbes passed in the feces.

-recombinant cellulase made by E. coli:

E. Lipids: primarily nonpolar, hydrophobic molecules

1. Functions: important part of cell membranes, energy reserves, messenger molecules

2. Two categories: fatty acid containing and fatty acid lacking

una. fatty acid containing lipids

i.simple lipids= fats (aka triglycerides, triacylglycerol) fats=solid at room temperature oils= liquids at room temp. Energy reserves.

- fats/oils= glycerol + 3 fatty acids

- fatty acid= carboxyl group + hydrocarbon tail (nonpolar, hydrophobic tail)

-: fatty acids vary in #C&rsquos in tail and presence of C=C double bonds

(unsaturated fatty acids) or lack of C=C bonds (saturated fatty acids)

ii. Complex lipids=phospholipids: glycerol + 2 fatty acids + phosphate + &lsquoR&rdquo

- polar, hydrophilic &ldquohead&rdquo + nonpolar, hydrophobic &ldquotail&rdquo

- amphipathic/amphiphilic: contains both hydrophilic and hydrophobic regions

- in aqueous solutions, phospholipids can spontaneously form phospholipid bilayers

-important component of cell membranes

iii. waxes fatty acids + alcohols. Acid-fast bacteria &lsquoAFB&rsquos&rdquo such como Mycobacterium tuberculosisy Mycobacterium leprae (Hansen&rsquos Disease/leprosy ) synthesize &ldquowaxy&rdquo cell walls (arabinogalactan-mycolic acid) which protect them against drying and chemicals such as disinfectants and antibiotics. As the hydrophobic waxy layer inhibits passage of antibiotics, people treated for TB/leprosy must take antibiotics for many months/years. AFB grow slowly in the lab and are hard to stain (require special &ldquoacid-fast&rdquo stain -more in lab). Isoniazid and ethambutol inhibit formation of the waxy cell wall layer.

B. fatty acid -lacking lipids

i. esteroides=lipids composed of 4 HC rings + functional groups

-. p.ej. colesterol component of animal/protozoa cell membranes, precursor of hormones in animals (estrogen, testosterone, vitamin D

-***not found in most bacteria (***exceptions ex Mycoplasma)

- e.g. fungal sterols of cell membrane ex ergosterol.

-target of polyene antifungal agents ex Nistatina. Anfotericina B

-azole antifungal agents such as miconazole, fluconazole target fungal sterol synthesis

Create summary charts (partially completed example below) . Be able to identify molecules: amino aids, polypeptide, glucose, a glucose polymer, DNA, RNA, fat/oil, phospholipid, sterol. The only molecules you will be asked to draw from memory will be reaction between 2 amino acids forming dipeptide. Do chem. homework sheet posted on D2L


Why are nucleotides added to 3' end?

The DNA is only copied in the 5' to 3' direction because eukaryotic chromosomes have many origins for each chromosome in keeping with their much larger size. If some were copied in the other direction, mistakes will happen. It keeps every cell division on the same page, so to speak.

Because DNA synthesis can only occur in the 5' to 3' direction, a second DNA polymerase molecule is used to bind to the other template strand as the double helix opens. This molecule synthesizes discontinuous segments of polynucleotides, called Okazaki fragments. Another enzyme, called DNA ligase, is responsible for stitching these fragments together into what is called the lagging strand.

The mechanism of DNA ligase is to form two covalent phosphodiester bonds between 3' hydroxyl ends of one nucleotide, ("acceptor") with the 5' phosphate end of another ("donor"). The two "sticky ends" have to be in opposite directions for replication of the entire DNA molecule to be complete.

The average human chromosome contains an enormous number of nucleotide pairs that are copied at about 50 base pairs per second. Yet, the entire replication process takes only about an hour. This is because there are many replication origin sites on a eukaryotic chromosome. Therefore, replication can begin at some origins earlier than at others. As replication nears completion, "bubbles" of newly replicated DNA meet and fuse, forming two new molecules.


Explain what 5' and 3' ends mean in regards to DNA structure?

5' and 3' ends describes the directionality of the DNA molecule. Essentially, the strand of a DNA molecule can have a 5' end and a 3' end. To understand what a 5' or 3' end is, we need to look at the molecular structure of DNA. DNA is a polymer of nucleotides, where each nucleotide is made up of a sugar (deoxyribose), a nitrogenous base, and a phosphate group. The deoxyribose sugar is a 5 carbon structure, where each carbon can be numbered 1-5. The base is always connected to Carbon 1 of the sugar and the phosphate group is connected to Carbon 5 of the sugar. The nucleotides are then connected to one another to form the polymer whereby the phosphate group of one nucleotide (on Carbon 5) connects to the next nucleotide sugar via Carbon 3. Therefore when the strand is built, the top nucleotide will have a free phosphate group on the Carbon 5 of the sugar, hence the 5' end, and the last nucleotide of the strand will have a free OH on the Carbon 3 of the sugar. Since DNA is made up of two antiparallel strands, each strand can have its own directionality. As they are antiparallel, they will run in opposite directions.