Ácidos Nucleicos: Estructura, Tipos y Función Biológica

Ácidos Nucleicos: Estructura, Tipos y Función

Los ácidos nucleicos (AN) son polímeros formados por nucleótidos. Un nucleótido está formado por ácido fosfórico (la unión de los nucleótidos entre sí es responsable del carácter ácido del ADN), una pentosa (que, según su composición, diferencia al ARN, cuyo nucleótido está formado por ribosa, del ADN, cuyo nucleótido está formado por 2-desoxirribosa) y una base nitrogenada (molécula de carácter básico que contiene nitrógeno).

Según su estructura, las bases nitrogenadas pueden ser:

• Púricas: Tienen una molécula semejante a la purina (adenina y guanina).
• Pirimidínicas: Tienen una molécula semejante a la pirimidina (citosina, timina y uracilo).

Nucleósidos y Nucleótidos

Un nucleósido es la unión de una ribosa/desoxirribosa con una base nitrogenada a través de un enlace N-glucosídico, donde se une el C1 de la pentosa al N1 de la base púrica o al N9 de la base pirimidínica.

Un nucleótido es la unión de un nucleósido y ácido fosfórico. Se unen al grupo hidroxilo C.5 de la pentosa y al ácido fosfórico a través de un enlace fosfodiéster. Su unión da cadenas con dos extremos: 5'-grupo fosfato con el C.5 del primer nucleótido y 3'- radical hidroxilo con el C3' del último nucleótido libre. El enlace del radical hidroxilo del C3 del último nucleótido con el radical fosfato del C.5' del nucleótido que se añade se realiza a través de un enlace 3', 5' fosfodiéster. Esto también ocurre en los fosfolípidos y contiene dos enlaces fosfoéster.

ADN: Estructura y Tipos

El ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos enrolladas entre sí, formando una doble hélice. Estas cadenas están formadas por polímeros de desoxirribonucleótidos de adenina (A), guanina (G), timina (T) y citosina (C), sintetizados en dirección 5' a 3'.

Según su forma, el ADN puede ser:

• Lineal: En el núcleo de las células eucariotas y algunos virus.
• Circular: En bacterias, arqueas, mitocondrias, cloroplastos y algunos virus.

Según el número de cadenas, puede ser:

• Monocatenario: Poco frecuente.
• Bicatenario: Más común en organismos. Puede presentar superenrollamiento y estar enlazado a otra cadena.

Localización del ADN

• Células Eucariotas: Se encuentra en el núcleo, mitocondrias y cloroplastos. Es lineal y está enrollado sobre proteínas básicas (histonas). Estas forman nucleosomas y el conjunto de estos forma la fibra de cromatina.
• Células Bacterianas: Es circular, no asociado a histonas, no estructurado en collar, asociado a proteínas similares a histonas, proteínas no histonas y ARN, dando lugar al nucleoide, que no está definido por una membrana.
• ADN Viral: Circular/lineal, monocatenario/bicatenario, con proteínas básicas asociadas.
• Células Arqueas: Circular, asociado a histonas diferentes a las de células eucariotas.

Empaquetamiento del ADN

Según el tipo de molécula que sirve de soporte en el empaquetamiento:

• ADN asociado a histonas formando nucleosomas (núcleo eucariota y arqueas).
• ADN asociado a protaminas (núcleo de espermatozoides, alto grado de empaquetamiento porque son más básicos).
• ADN asociado a otros tipos de proteínas (ADN bacteriano asociado a proteínas parecidas a las histonas, sin formar nucleosomas).

Estructura del ADN

Estructura Primaria

Es la secuencia de nucleótidos de una sola cadena. Esta tiene un eje de fosfopolidesoxirribosa donde sobresale la secuencia de bases nitrogenadas. Hay muchas combinaciones con los nucleótidos A/G/T/C, por lo que es posible almacenar información biológica como la estructura y función del organismo e información genética. El porcentaje de C/A/T/G es el mismo para individuos de la misma especie.

Estructura Secundaria

Es la disposición en el espacio de dos cadenas de polinucleótidos que forman una doble hélice donde las bases nitrogenadas se enfrentan y se unen por puentes de hidrógeno. Datos experimentales para deducirla: la densidad y viscosidad de las dispersiones de ADN eran superiores a las esperadas, por lo que se propuso que las cadenas se asociaban con gran cantidad de puentes de hidrógeno. Todos los ADN cumplen que A/T = C/G = 1 y A+G = C+T (reglas de Chargaff), lo que implicaba complementariedad de bases. La difracción de rayos X descubrió su diámetro de 20 Å.

Modelo de la Doble Hélice

Según este modelo, el ADN está formado por dos cadenas polinucleotídicas antiparalelas con las siguientes características:

• Tienen cadenas complementarias.
• Están enrolladas de forma dextrógira.
• El enrollamiento es plectonémico (para separar las cadenas hay que girar una respecto a la otra).
• La estabilidad se debe a los puentes de hidrógeno que se establecen entre las bases nitrogenadas complementarias.
• Las bases nitrogenadas están dispuestas hacia el interior (pentosas y fosfatos al exterior).

A 100°C se rompen los puentes de hidrógeno y las hebras se separan (desnaturalización del ADN), y a 65°C vuelven a unirse (renaturación).

Estructura Terciaria

Moléculas de ADN circular, ADN superenrollado. La fibra de 20 Å forma una superhélice, con dos ventajas: reduce la longitud del ADN y facilita su duplicación. Las tensiones se compensan para duplicarlo girando en sentido contrario.

Fibra de Cromatina

La fibra de cromatina de 100 Å está constituida por una sucesión de nucleosomas que hacen que se asemeje a un collar de perlas (en el núcleo en reposo de todas las células eucariotas menos en espermatozoides, también recibe el nombre de nucleofilamento). La estructura del nucleosoma está formada por un octámero de histonas sobre las que se enrolla un fragmento de la doble hélice de 200 pares de bases.

Fibra de Cromatina de 300 Å

Se forma cuando las histonas se agrupan entre sí constituyendo el eje central del solenoide. En cada vuelta intervienen 6 nucleosomas, lo que produce un acortamiento. En el núcleo, las cromatinas se encuentran en forma de fibras de 100 Å (eucromatina).

Dominios en Forma de Bucle

La fibra de 300 Å forma una serie de bucles (dominios estructurales) anclados sobre andamios proteicos del cromosoma, constituidos por proteínas no histonas.