Ácidos Nucleicos: ADN y ARN - Estructura, Funciones y Niveles de Organización Celular

Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son moléculas fundamentales formadas por C, H, O, N, P, solubles en agua y que están constituidas principalmente por ADN (Ácido Desoxirribonucleico) y ARN (Ácido Ribonucleico).

Nucleótidos

Los nucleótidos son las unidades monoméricas que componen los ácidos nucleicos. Cada nucleótido se compone de:

• Ácido fosfórico (grupo fosfato)
• Pentosa (un azúcar de cinco carbonos: ribosa en el ARN o desoxirribosa en el ADN)
• Base nitrogenada (púrica o pirimidínica)

Estructura Molecular de Nucleósidos y Nucleótidos

Nucleósido

Un nucleósido está formado por la unión de una pentosa y una base nitrogenada mediante un enlace N-glucosídico, con la liberación de una molécula de agua (H₂O).

• Ribosa + Base Púrica → Nucleósido (con enlace N-glucosídico + H₂O)
• Desoxirribosa + Base Pirimidínica → Nucleósido (con enlace N-glucosídico + H₂O)

Nucleótido

Un nucleótido se forma por la unión de un grupo fosfato a un nucleósido, específicamente al carbono 5' de la pentosa, mediante un enlace éster fosfórico.

Funciones de los Ácidos Nucleicos

• Estructural: Componen el ADN y ARN. Para ello, los nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster, formando cadenas con una direccionalidad de 5' a 3'.
• Moneda Energética: El ATP (Adenosín Trifosfato) es un nucleótido que contiene tres grupos fosfato de alta energía, actuando como principal transportador de energía celular.
• Coenzima: Algunos nucleótidos forman parte de coenzimas esenciales para diversas reacciones metabólicas (ej. NAD+, FAD, CoA).
• Mensajero Intracelular: El AMPc (Adenosín Monofosfato cíclico) actúa como segundo mensajero en la transducción de señales celulares.

Ácido Desoxirribonucleico (ADN)

El ADN es un polímero bicatenario (de doble cadena) formado por unidades de desoxirribonucleótidos 5'-monofosfato. Cada nucleótido está unido a una base nitrogenada (Adenina A, Timina T, Guanina G, Citosina C). Las unidades de desoxirribonucleótidos se unen entre sí a lo largo de cada cadena por enlaces fosfodiéster.

Niveles Estructurales del ADN

Estructura Primaria

La estructura primaria del ADN se refiere a la secuencia lineal específica de desoxirribonucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster, formando una cadena polinucleotídica.

Estructura Secundaria

La estructura secundaria del ADN consiste en dos cadenas de estructura primaria que se enrollan una alrededor de la otra para formar una doble hélice. Estas cadenas se mantienen unidas por complementariedad de bases mediante puentes de hidrógeno.

Según las reglas de Chargaff, en el ADN de doble cadena se cumple que:

• La cantidad de Adenina (A) es igual a la de Timina (T): A = T (y por lo tanto, %A = %T).
• La cantidad de Citosina (C) es igual a la de Guanina (G): C = G (y por lo tanto, %C = %G).
• La proporción de A/T es aproximadamente 1, y la de C/G es aproximadamente 1.
• La suma de bases púricas (A+G) es igual a la suma de bases pirimidínicas (T+C): %Púricas = %Pirimidínicas.

Doble Hélice

La doble hélice se forma por dos cadenas de ADN unidas por sus bases nitrogenadas (A con T, C con G) mediante puentes de hidrógeno, quedando los grupos fosfato-azúcar hacia el exterior. La estructura global adopta una forma de espiral, y las cadenas son antiparalelas (una va en dirección 5'→3' y la otra en 3'→5').

Estructura Terciaria

La estructura terciaria implica la formación de la cromatina, un proceso esencial para lograr un mayor empaquetamiento del ADN y permitir que quepa dentro del núcleo celular. Para ello, la doble hélice de ADN se enrolla alrededor de proteínas básicas llamadas histonas.

El proceso de empaquetamiento de la cromatina sigue una jerarquía:

1. Nucleosoma: Unidad fundamental formada por un octámero de 8 histonas y aproximadamente 146 pares de bases de la doble hélice de ADN enrolladas alrededor de ellas.
2. Collar de Perlas: Cadena de nucleosomas unidos por ADN espaciador.
3. Solenoide: Estructura más compacta formada por el enrollamiento de la cadena de nucleosomas, con aproximadamente 6 nucleosomas por vuelta.
4. Fibras de 30 nm: Los solenoides se apilan unos sobre otros, formando una estructura tubular que constituye la cromatina en su estado más condensado durante la interfase.

Estructura Cuaternaria

La estructura cuaternaria se refiere a la formación de los cromosomas, el nivel más alto de empaquetamiento del ADN. Este proceso solo ocurre durante la división celular (mitosis y meiosis), cuando la célula necesita condensar y segregar su material genético de manera eficiente.

El proceso de condensación para formar cromosomas es el siguiente:

1. Fibra de 30 nm
2. Formación de bucles (lazos de la fibra de 30 nm anclados a un andamio proteico)
3. Organización de bucles en rosetones
4. Compactación de rosetones para formar una cromátida (una de las dos copias idénticas de un cromosoma duplicado)

Ácido Ribonucleico (ARN)

El ARN es un polímero monocatenario (de una sola cadena) formado por unidades de ribonucleótidos 5'-monofosfato. Estos se unen a bases nitrogenadas (Adenina A, Uracilo U, Guanina G, Citosina C) por enlaces N-glucosídicos, y las unidades de ribonucleótidos se unen entre sí a lo largo de la cadena con enlaces fosfodiéster.

Tipos de ARN

ARN Mensajero (ARNm)

El ARNm es un ARN lineal que se encarga de transportar la información genética codificada en el ADN (para la síntesis de una proteína) desde el núcleo celular (en eucariotas) hasta los ribosomas en el citoplasma.

ARN Ribosómico (ARNr)

El ARNr es un componente estructural y catalítico fundamental de las subunidades de los ribosomas, las "fábricas" de proteínas de la célula. Es el tipo de ARN más abundante.

ARN de Transferencia (ARNt)

El ARNt es una molécula monocatenaria que adopta una estructura tridimensional característica en forma de trébol, debido a la formación de bucles por complementariedad de bases internas. Cada ARNt es específico para un aminoácido.

• Brazo Aceptor: Extremo 3' donde se une covalentemente el aminoácido específico que transportará.
• Brazo T (o bucle TΨC): Contiene una secuencia que permite al ARNt interactuar y anclarse al ribosoma.
• Brazo D (o bucle D): Contiene bases modificadas y es el sitio de reconocimiento para las enzimas aminoacil-ARNt sintetasas, que activan y unen el aminoácido correcto al ARNt.
• Brazo Anticodón: Contiene una secuencia de tres nucleótidos (el anticodón) que es complementaria a un codón específico del ARNm.

Función del ARNt

La función principal del ARNt es transportar aminoácidos específicos al ribosoma durante la síntesis de proteínas (traducción). Cada ARNt lleva un anticodón (secuencia de 3 bases) que se aparea con un codón complementario en el ARNm, asegurando la incorporación del aminoácido correcto en la cadena polipeptídica en crecimiento.