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Biopolímeros (4831) |
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Módulo 5. Ficha
5.4.2
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Biopolímeros (4831) |
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Módulo 5. Ficha
5.4.2
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ÁCIDOS NUCLEICOS
5.4. Factores que determinan la estructura de los ácidos nucleicos.
5.4.2 Diedros de rotación en la cadena e interacciones estéricas
El esqueleto de la cadena principal de ácido nucleico, compuesto por los grupos fosfato y los anillos de azúcar, tiene bastantes enlaces alrededor de los cuales, en principio, la rotación el libre. El modelo interactivo siquiente que muestra una cadena simple de ADN ilustra la afirmación anterior. En la cadena no hay ningún enlace con carácter parcialmente doble, como era el caso de los polipétidos, y por tanto todas las rotaciones son libres, excepto la que se establece alrededor de los enlaces C'(4)-C'(3) que forman parte de la estructura cíclica del azúcar.
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Cadena sencilla de ADN |
En la figura siguiente se da una representación esquemática de dos unidades de poliácido adenílico en el que se muestran los ángulos diedros básicos que condicionan la conformación adoptada por el polímero. El modelo interactivo del cuadro siguiente permite tener una visión tridimensional de la situación de los diferentes enlaces con rotación libre.
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Rotaciones alrededor de los enlaces de la cadena principal (esqueleto)
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Enlace
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Longitud
de enlace (A)
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Enlaces
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Ángulos
de enlace (º)
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Geometría
de cadena (esqueleto)
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C4'-C3'
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1'52
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C4'-C3'-O3'
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110
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C3'-O3'
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1'47
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C3'-O3'-P
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119
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O3'-P
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1'56
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O3'-P-O5'
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104
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P-O5'
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1'57
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P-O5'-C5'
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121
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O5'-C5'
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1'46
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O5'-C5'-C4'
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112
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C5'-C4'
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1'54
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C5'-C4'-C3'
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112
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Geometría
glucosídica
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O1'-C1'
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1'45
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O1'-C1'-N9
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112
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C2'-C1'
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1'54
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C2'-C1'-N9
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106
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C1'-N9
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1'47
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C1'-N9-C4
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127
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N9-C4
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1'35
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N9-C4-C8
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127
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N9-C8
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1'33
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El análisis de las conformaciones más estables de las cadenas los ácidos nucleicos es una labor algo más complicada que en los polipéptidos, ya que aquí tenemos que considerar seis ángulos diedros de rotación (realmente uno es el w' del anillo de azúcar) más todas las interacciones de las cadenas laterales.
En las figuras anteriores se aprecia como el anillo de pentosa se repite periódicamente. Este hecho provoca el que la rotación de los cinco enlaces de la cadena (backbone) que preceden a dicho anillo sean independientes de los cinco enlaces que le siguen. Por tanto, si se toma como unidad que se repite desde el C4' hasta el siguiente, las conformaciones de las sucesivas unidades son independientes unas de otras. Por tanto se han tenemos que estudiar las posiciones relativas de los átomos con seis ángulos diedros de rotación.
El estudio se hace de una manera similar al que produce los diagramas de Ramachandran en polipéptidos. Deben considerarse las interacciones estéricas debidas a la rotación alrededor de los enlaces, considerando como ángulo 0º la configuración cis. Para hacerlo de una manera sistemática, se consideran primero las interacciones que surgen cuando solo se rota un sólo ángulo. Por ejemplo, las interacciones entre el C3'y el O5', O6', y el O7' están controladas por el diedro de rotación y'. Estas interacciones (las que dependen de sólo un ángulo de rotación) se llaman de primer orden. Las interacciones entre el C3' y el C5' que dependen del valor de y' y de y" ya no son consideradas en esta categoría, sino que constituyen lo que se llma interacciones de segundo orden porque dependen del valor de dos ángulos de rotación. Las figuras siguientes son una representación de las zonas permitidas (en blanco) y prohibidas (en gris) por interacciones de primer orden y dentro de ellas, las excluidas por interacciones de segundo orden (dentro de la línea continua) para los ángulos y' y y" y para f' y f".
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En el caso de la pareja de ángulos w' y w", los valores de w" viene determinados en parte por el valor de w' es decir de la conformación "puckering" adoptada en el anillo de piranosa. El valor w' de está restringido a un rango de 15º centrado en 83º para los confórmeros C2'-exo y C3'-endo y un rango similar pero centrado en 153º cuando los confórmeros son C2'-endo y C3'-exo. Los dominios accesibles a w" están centrados en -145º y -95º y tienen un rango de 10º a 20º dependiendo del valor exacto de w'.
Finalmente, hay que resaltar que cuando los valores de los ángulos de rotación se mantienen en las zonas permitidas por las interacciones de primer y de segundo orden, no hay ninguna otra región del espacio que quede excluida por interacciones de tercer orden o por interacciones entre bases sucesivas o entre las bases y los átomos de la cadena. De la misma forma que ocurre en el cálculo de las conformaciones con los polipéptidos (diagramas de Ramachandran), los diagramas que se muestran en la figura anteior se han obtenido con el modelo de esferas rígidas, sin tener en cuenta ni las interacciones electrostáticas, ni interacciones de otro tipo, de ahí las líneas reactas que aparecen en los diagramas. Evidentemente un refinamiento de los cálculos permite tener un conocimiento más realista de las conformaciones accesibles al polinucleótido. No obstante, aunque los cálculos con funciones de potencial refinados permitan tener un conocimiento preciso de las configuraciones de mínima energía para este tipo de polímeros, es necesario tener en cuenta otro tipo de interacciones, mucho más específicas, si se quiere justificar las estructuras tan marcadamente organizadas de los ácidos nucleicos en condiciones fisiológicas.
