Biología Molecular: Composición y Organización del Material Genético

Ácidos nucleicos (ADN y ARN)

Los ácidos nucleicos son polímeros de alto peso molecular. Por hidrólisis se pueden separar sus componentes, que son el ácido ortofosfórico, una pentosa y bases nitrogenadas. La unión entre una pentosa y una base nitrogenada se denomina nucleósido; si a este se le suma un ácido fosfórico, se obtiene un nucleótido, los cuales dan lugar al ácido nucleico. Los ácidos nucleicos son, por tanto, polímeros de nucleótidos.

Bases Nitrogenadas

Las bases nitrogenadas pueden ser de dos tipos:

• Bases púricas: Guanina y adenina, derivadas de la purina.
• Bases pirimidínicas: Derivadas de la pirimidina (timina y citosina en el ADN; uracilo y citosina en el ARN).

Componentes Fundamentales

• Nucleósidos: Pentosa + base nitrogenada, formándose un enlace N-glucosídico.
• Nucleótidos: Ácido fosfórico + nucleósido, mediante el grupo hidroxilo de la pentosa. Se forma un enlace fosfoéster.
• Ácidos nucleicos o polinucleótidos: Los nucleótidos se unen entre sí mediante un enlace fosfodiéster.

Según el tipo de pentosa que lleven, se distinguen dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN).

Ácido Ribonucleico (ARN)

Está compuesto por una serie de nucleótidos unidos por enlaces que contienen las bases: adenina, guanina, citosina y uracilo. A diferencia del ADN, el ARN es casi siempre monocatenario. En el ARN transferente, en determinadas regiones, existe un apareamiento de bases lo que hace que aparezcan tramos bicatenarios, originados por el plegamiento de la cadena sobre sí misma.

Clasificación del ARN

1. ARN transferente (ARNt): Transporta aminoácidos en el citoplasma celular hasta los ribosomas, donde se unirán peptídicamente para formar las proteínas.
2. ARN mensajero (ARNm): Posee una estructura catenaria. La cadena de ARNm será utilizada por los ribosomas como información para unir los aminoácidos en el orden correcto y formar una proteína concreta.
3. ARN ribosómico (ARNr): Está en los ribosomas y participa en el proceso de unión de los aminoácidos para sintetizar las proteínas.

Las células procariotas y eucariotas tienen cadenas de ARNr que se diferencian por su coeficiente de sedimentación:

• Células procariotas: Presentan ribosomas de 70S, con una subunidad mayor de 50S y una menor de 30S.
• Células eucariotas: Los ribosomas son de 80S, con una subunidad mayor de 60S y una menor de 40S.

Funciones de los ácidos nucleicos

1. Almacenamiento de la información genética.
2. Transmisión de la información genética.

Ácido Desoxirribonucleico (ADN)

El ADN está formado por nucleótidos de adenina, guanina, citosina y timina, unidos por enlaces fosfodiéster en el sentido 5' → 3'. En las células eucariotas, el ADN se encuentra en el núcleo, las mitocondrias y en los cloroplastos. El ADN del núcleo está asociado a nucleoproteínas.

Niveles de complejidad estructural

1. Estructura primaria

Es la secuencia de nucleótidos de una sola cadena.

2. Estructura secundaria

Disposición en el espacio de dos hebras en forma de una doble hélice. Chargaff demostró que todos los ADN tenían igual número de moléculas de Adenina (A) como de Timina (T) (unidas por 2 puentes de hidrógeno) y de Citosina (C) como de Guanina (G) (unidas por 3 puentes de hidrógeno). Watson y Crick (1953) postularon el modelo de la Doble Hélice, donde el ADN está formado por dos cadenas de polinucleótidos que son antiparalelas.

3. Estructura terciaria

La estructura secundaria sufre nuevos cambios, plegamientos y empaquetamientos que dan como resultado final, al asociarse a las proteínas, los cromosomas.

Niveles de empaquetamiento del ADN nuclear

El primer nivel de empaquetamiento del ADN del núcleo consiste en la asociación de la doble hélice de ADN con las proteínas histonas y las protaminas. Según las proteínas del ADN y la estructura de la asociación, se conocen diversos niveles:

• Collar de perlas: Se encuentra en el núcleo en reposo formando la cromatina. Está constituido por una sucesión de partículas de 100 Å de diámetro enlazadas por la hélice de ADN. Esta estructura constituye el nucleosoma. Uniendo los nucleosomas existe una nueva histona, la H1.
• Estructura cristalina: Supone la asociación del ADN con protaminas y aparece en el núcleo de los espermatozoides. Las protaminas son más básicas y pequeñas que las histonas.
• Estructura del solenoide: Sobre la estructura de collar de perlas aparecen nuevos niveles de empaquetamiento formando la estructura del solenoide, la llamada fibra de los 300 Å. Según el modelo del solenoide, se invierten unos seis nucleosomas por vuelta y las histonas H1 se agrupan entre sí.

Las fibras complejas de 300 Å se encuentran plegadas en el núcleo en forma de bucles, que alcanzarán otros niveles de compactación hasta llegar a formar los cromosomas.