Fundamentos de la Biología Molecular: Estructura, Composición y Funciones de Nucleótidos, ADN y ARN

Estructura y Funciones de Nucleósidos, Nucleótidos y Ácidos Nucleicos (ADN y ARN)

1. Nucleósidos

Los nucleósidos son moléculas formadas por la unión de una base nitrogenada y una pentosa (azúcar de cinco carbonos).

Composición:

• Base nitrogenada: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C), Timina (T) o Uracilo (U).
• Pentosa: Ribosa (en ARN) o desoxirribosa (en ADN).
• Enlace: Se unen mediante un enlace N-glicosídico, que conecta el carbono 1 de la pentosa con un nitrógeno de la base nitrogenada.

Ribonucleósidos (Componentes del ARN):

• Adenosina
• Guanosina
• Citidina
• Uridina

2. Nucleótidos

Los nucleótidos son las unidades monoméricas de los ácidos nucleicos. Están formados por tres componentes esenciales:

1. Base nitrogenada:
   • Púricas: A, G.
   • Pirimidínicas: C, T, U.
2. Pentosa: Ribosa (en ARN) o desoxirribosa (en ADN).
3. Ácido fosfórico (uno o más grupos fosfato).

Enlaces Químicos Clave:

• N-glicosídico: Une la base nitrogenada y la pentosa.
• Fosfoéster: Une el grupo fosfato a la pentosa.
• Fosfodiéster: Enlace que une nucleótidos entre sí, conectando el carbono 3’ de un nucleótido con el carbono 5’ del siguiente.

3. Funciones de los Nucleótidos no Nucleicos

Los nucleótidos desempeñan roles cruciales más allá de la formación de ADN y ARN:

1. Estructural: Forman los ácidos nucleicos, cromosomas y ribosomas (constituyen ADN y ARN).
2. Energética: Moléculas como el ATP y el GTP almacenan y transfieren energía mediante enlaces de anhídrido fosfórico.
3. Coenzimática: Forman parte de coenzimas esenciales para reacciones metabólicas, como NAD y FAD.
4. Mensajeros celulares: El AMPc actúa como segundo mensajero en cascadas de señalización hormonal.

ATP (Adenosín Trifosfato)

El ATP es la principal molécula de transferencia de energía celular.

Composición:

• Adenina (base nitrogenada)
• Ribosa (pentosa)
• Tres grupos fosfato

Funciones:

Participa en la respiración, circulación, contracción muscular y reparación de tejidos.

Los enlaces anhídrido fosfórico entre los grupos fosfato son altamente energéticos. Estos nucleótidos se emplean como vectores de energía en la célula y actúan como intermediarios en las reacciones metabólicas que liberan o consumen energía (proceso conocido como fosforilación a nivel de sustrato).

4. Ácido Desoxirribonucleico (ADN)

El ADN contiene la información genética hereditaria.

Composición:

• Pentosa: Desoxirribosa.
• Bases nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C), Timina (T).
• Enlaces: Fosfodiéster entre nucleótidos.

Estructura del ADN:

1. Estructura Primaria: Secuencia lineal de desoxirribonucleótidos.
2. Estructura Secundaria: La famosa doble hélice.
   • Es antiparalela (direcciones 5’→3’ y 3’→5’).
   • Es complementaria (A-T, G-C), unida por enlaces de hidrógeno.
   • A-T se une con 2 enlaces de hidrógeno.
   • G-C se une con 3 enlaces de hidrógeno.
3. Estructura Terciaria: Estructura superenrollada, asociada a proteínas para compactarse en el núcleo (eucariotas) o citoplasma (procariotas).

Localización:

• Eucariotas: Núcleo, mitocondrias y cloroplastos.
• Procariotas: Citoplasma, en forma de ADN circular.

Funciones Principales:

• Almacenamiento: Contiene los genes que codifican proteínas.
• Replicación: Garantiza la transmisión de información genética a células hijas.
• Transcripción: Copia genes en ARN para la síntesis de proteínas.

5. Ácido Ribonucleico (ARN)

El ARN es esencial para la expresión génica.

Composición y Características:

• Pentosa: Ribosa.
• Bases nitrogenadas: A, G, C, U.
• Generalmente es una hebra simple, aunque puede tener regiones en doble hélice (ARNr, ARNt).

Tipos de ARN:

ARNm (Mensajero)

Lleva la información del ADN a los ribosomas. Traduce el mensaje genético en proteínas. En eucariotas, requiere procesamiento (eliminación de intrones, adición de caperuza y cola de poli-A).

ARNt (Transferente)

Tiene forma de hoja de trébol. Transporta aminoácidos al ribosoma para el ensamblaje de proteínas.

ARNr (Ribosómico)

Asociado a proteínas, forma los ribosomas. Traduce el ARNm en secuencias de aminoácidos.

Localización:

• Eucariotas: Núcleo y citoplasma.
• Procariotas: Citoplasma.

Funciones del ARN:

Dirigir la síntesis de proteínas a partir de la información del ADN.

• El ARNm copia la información del ADN (transcripción) y la lleva desde el núcleo hasta el citoplasma.
• El ARNr tiene función estructural (constituye los ribosomas) y cataliza la unión de aminoácidos para formar proteínas.
• El ARNt transporta los aminoácidos necesarios a los ribosomas.