Fundamentos de los Ácidos Nucleicos: ADN, ARN y el Código Genético

Los Nucleótidos: Las Moléculas de la Información Genética

Los nucleótidos son macromoléculas informativas que almacenan, transmiten y expresan la información genética. Se localizan principalmente en los cromosomas nucleares y en las mitocondrias. Están compuestos fundamentalmente por carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N), oxígeno (O) y fósforo (P).

El ADN (Ácido Desoxirribonucleico): La Doble Hélice

El ADN está formado por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas entre sí, formando una doble hélice. Cada nucleótido se compone de una base nitrogenada, una desoxirribosa y un grupo fosfato. Los mononucleótidos se unen mediante enlaces fosfodiéster. La orientación de las cadenas es antiparalela, con las bases nitrogenadas hacia el interior, donde se establecen los apareamientos específicos: Adenina con Timina (A-T) y Guanina con Citosina (G-C).

Tipos de ARN (Ácido Ribonucleico) y sus Funciones

El ARN es el polinucleótido más abundante a nivel celular. Su función principal es extraer la información del ADN y dirigir la síntesis de proteínas a partir de dicha información. Existen varios tipos:

• ARN heterogéneo nuclear (ARNhn): Se encuentra en el núcleo celular. Es minoritario, de alto peso molecular (PM) y es el precursor del ARNm.
• ARN ribosómico (ARNr): Constituye el 75% del ARN total. Se localiza en el citoplasma y tiene una función crucial en la síntesis de proteínas (traducción).
• ARN de transferencia (ARNt): Representa el 20% del ARN total. Su función es captar aminoácidos (AAs) citoplasmáticos y transportarlos al ribosoma (proceso conocido como activación de aminoácidos). Existen alrededor de 60 tipos, con una característica forma de L o de trébol. En uno de sus brazos se encuentra el anticodón. Es citoplasmático.
• ARN mensajero (ARNm): Supone el 5% del ARN total. Se genera en el núcleo y actúa en el citoplasma. Posee una estructura primaria y es la cadena complementaria de una de las hebras de ADN. Está organizado en tripletes de bases (codones), con zonas codificables (exones) y no codificables (intrones). Tiene una vida media corta, tras la cual se degrada. Pasa por un proceso de splicing (corte y empalme), donde se eliminan los intrones y se unen los exones para formar el ARN maduro.
• ARN vírico (ARNV): Presente en partículas virales. Algunos virus guardan su información genética en el ARN, lo utilizan como mensajero y puede presentar una estructura globular (terciaria).
• Otros tipos de ARN: Incluyen el ARN citoplasmático pequeño (ARNsc), el ARN nuclear pequeño (ARNsn) y el ARN mitocondrial (ARNmt).

El Código Genético: El Lenguaje de la Vida

El código genético presenta las siguientes características fundamentales:

• Organización en tripletes: Está organizado en tripletes de bases nitrogenadas, llamados codones. Existen 64 codones distintos.
• Es degenerado: Un mismo aminoácido puede estar codificado por más de un triplete o codón.
• Codón de iniciación: El triplete de iniciación suele ser AUG, que codifica para el aminoácido Metionina (Met).
• Codones de terminación: Existen tres tripletes de terminación o "sin sentido" que no codifican para ningún aminoácido y señalan el final de la traducción: UAA, UAG, UGA.
• Es universal: Es prácticamente el mismo en todos los seres vivos estudiados hasta la fecha.

El Genoma: El Manual de Instrucciones Hereditarias

El genoma es el conjunto completo de instrucciones hereditarias necesarias para construir y mantener los procesos vitales de un organismo. Los genomas de procariotas y eucariotas se diferencian en tamaño, forma y complejidad.

Genoma Procariota

Tiene un tamaño aproximado de 4,6 megabases (Mb) y codifica unos 4300 genes. Contiene poco ADN no codificador, por lo que sus genes son compactos y continuos. La regulación de la expresión génica se organiza en operones, donde todos los genes de un operón participan en una misma función. A diferencia de los eucariotas, los procariotas poseen estructuras de ADN circular llamadas plásmidos, que contienen entre 2 y 30 genes.

Genoma Eucariota

Son más grandes, aunque el tamaño no es una medida directa de complejidad (el genoma haploide humano tiene 3000 Mb, el del guisante 5000 Mb y el de la salamandra 90000 Mb). Poseen una gran capacidad codificadora, pero la mayoría de sus genes son discontinuos. Las secuencias codificadoras (exones) y no codificadoras (intrones) se mezclan. Las secuencias intrónicas se eliminan mediante el proceso de splicing para producir un ARN maduro y traducible.

Alteraciones y Mutaciones del ADN

El ADN está perfectamente adaptado para guardar información genética y evolutiva. Sin embargo, a pesar de sus características estabilizadoras, procesos como colisiones con disolventes, fluctuaciones térmicas y otros factores pueden dar lugar a mutaciones.

Agentes Mutagénicos

Existen diversos agentes que pueden provocar cambios en el ADN:

• Cambios tautoméricos: Alteraciones poco habituales en las estructuras de las bases nitrogenadas.
• Reacciones hidrolíticas: Generan la formación de radicales libres que pueden romper la estructura básica del ADN.
• Radiaciones UV: Forman dímeros de pirimidina que alteran la estructura de la hélice.
• Sustancias xenobióticas:
  • Análogos de base: Moléculas con estructuras similares a las bases nitrogenadas.
  • Agentes alquilantes: Sustancias reactivas que atacan a moléculas con electrones desapareados.
  • Agentes no alquilantes: Como el ácido nitroso (que produce nitrosaminas) o el nitrito sódico (que desamina las bases).
  • Agentes intercalantes: Moléculas que se intercalan en el ADN y evitan el correcto apareamiento de las bases, provocando mutaciones por desplazamiento del marco de lectura.

Procesos Clave del Dogma Central

Replicación del ADN: Copiando la Información

Es el proceso mediante el cual se dota a las células hijas de duplicados exactos del ADN de la célula madre. Se describieron tres modelos teóricos:

• Modelo conservativo: Proponía la síntesis de una molécula de ADN completamente nueva e idéntica, manteniendo intacta la original.
• Modelo semiconservativo: Propone que se originan dos moléculas de ADN, cada una con una hebra original y una hebra de nueva síntesis. (Este es el modelo aceptado).
• Modelo dispersivo: Sugería la formación de dos moléculas nuevas compuestas por una mezcla de fragmentos nuevos y originales en ambas hebras.

Transcripción: Del ADN al ARN

Es el primer proceso de la expresión genética, donde se transfiere la información contenida en la secuencia del ADN hacia una secuencia de ARN. En este proceso, la secuencia de ADN es copiada por la enzima ARN polimerasa, que sintetiza una molécula de ARNm que mantiene la información de la secuencia original del ADN.