Fundamentos de la Biología Molecular: Estructura y Rol Vital de los Ácidos Nucleicos

Los Ácidos Nucleicos

1. Introducción

Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos y se clasifican en ARN (Ácido Ribonucleico) y ADN (Ácido Desoxirribonucleico).

2. Nucleótidos y Nucleósidos

2.1. Nucleótidos: Composición

Son moléculas orgánicas formadas por tres componentes principales:

1. Una Pentosa:
   • En el ARN: β-D-Ribosa.
   • En el ADN: 2-desoxi-β-D-Ribosa.
2. Una Base Nitrogenada: Se une al carbono 1' de la pentosa mediante un enlace N-glucosídico.
3. Un Ácido Ortofosfórico: Se une al carbono 5' de la pentosa mediante un enlace éster.

2.2. Nucleósidos

Los nucleósidos son la unión de una base nitrogenada con una pentosa a través de un enlace N-glucosídico. Se clasifican en bases púricas y pirimidínicas.

2.3. Funciones de los Nucleótidos

Los nucleótidos son la unión de un nucleósido con uno, dos o tres ácidos fosfóricos. Sus funciones son diversas:

• Sirven como precursores para la síntesis de ADN y ARN.
• El ATP (Adenosín Trifosfato) sirve como transportador universal de energía.
• El AMPc y GMPc actúan como segundos mensajeros, activando la acción de enzimas.
• El UDP (Uridín Difosfato) actúa como transportador de monosacáridos.

3. Estructura General de los Ácidos Nucleicos

Los nucleótidos se unen formando cadenas mediante el enlace fosfodiéster 5'-3'. En la cadena, alternan pentosa y fosfato. Los ácidos nucleicos (ADN o ARN) absorben luz a 260 nm.

El ADN es el portador de la información genética. Esta información debe cumplir dos procesos fundamentales:

• Debe pasar de una generación a otra (REPLICACIÓN).
• Debe expresar el mensaje que contiene en forma de proteínas, mediante la TRANSCRIPCIÓN y la TRADUCCIÓN.

4. ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

El ADN es un polímero de desoxinucleótidos. La pentosa es la 2'-desoxi-β-D-Ribosa y las bases nitrogenadas son: Adenina (A), Citosina (C), Guanina (G) y Timina (T).

Generalmente, el ADN es bicatenario (doble hebra), aunque existen virus monohebra. Es la molécula más importante de un ser vivo, ya que contiene su información genética.

• En eucariotas, el ADN se encuentra en el núcleo y en el interior de mitocondrias y cloroplastos.
• En procariotas, se encuentra libre en el citoplasma.

4.1. Estructura del ADN

Estructura Primaria

Es la secuencia lineal de nucleótidos, leída desde el extremo 5' al 3'.

Estructura Secundaria: La Doble Hélice

Se trata de una doble hélice dextrógira y plectonímica, estabilizada por puentes de hidrógeno entre bases complementarias de cadenas opuestas. Sus características son:

• Contiene 10 pares de bases por vuelta.
• Las cadenas son antiparalelas.
• Las bases se colocan en el interior y perpendicularmente al eje de la hélice, mientras que el azúcar y los fosfatos se sitúan en el exterior.

Fenómenos asociados a la Estructura Secundaria

• Desnaturalización: Las dos cadenas se separan al aumentar la temperatura (T) o variar el pH. La molécula puede renaturalizarse bajando la T.
• Absorbancia: La doble hélice pierde gran parte de su absorbancia a 260 nm (efecto hipocrómico).

Estructura Terciaria: Superenrollamiento y Empaquetamiento

El ADN se repliega sobre sí mismo en muchas ocasiones con ayuda de proteínas.

• En procariotas, el ADN se encuentra superenrollado y asociado a proteínas.
• En eucariotas, el ADN está condensado tras una serie de NIVELES DE EMPAQUETAMIENTO:

Niveles de Empaquetamiento en Eucariotas

1. Primer Nivel (Fibra de 10 nm): El ADN se asocia a proteínas histonas. El ADN se enrolla alrededor de las histonas formando el nucleosoma, que contiene 8 histonas. El ADN entre nucleosomas se denomina ADN espaciador.
2. Segundo Nivel (Fibra de 30 nm): La fibra de 10 nm se enrolla sobre sí misma formando una estructura helicoidal (solenoide). En la interfase, forma la heterocromatina. Hay 9 nucleosomas por vuelta, y las histonas se asocian entre sí formando el eje central.
3. Tercer Nivel (Fibra de 300 nm): La fibra de 30 nm se dispone en forma de bucles.
4. Cuarto Nivel (Fibra de 700 nm): La fibra de 300 nm se posiciona helicoidalmente, formando el cromosoma.

5. ARN (Ácido Ribonucleico)

El ARN es un polímero de nucleótidos. La pentosa es la β-D-Ribosa y las bases nitrogenadas son: Adenina (A), Citosina (C), Guanina (G) y Uracilo (U). Generalmente, es monohebra.

5.1. Estructura del ARN

Estructura Primaria

Es la secuencia de nucleótidos, leída del extremo 5' al 3'.

Estructura Secundaria

Aparece por el establecimiento de puentes de hidrógeno entre bases complementarias dentro de la misma hebra, formando estructuras locales (como horquillas).

Estructura Terciaria

Plegamiento tridimensional de la estructura secundaria.

5.2. Tipos de ARN

Existen diferentes tipos de ARN, cada uno con funciones específicas en la síntesis de proteínas:

• ARN Mensajero (ARNm): Copia la información de un gen y la lleva a los ribosomas. Contiene la información necesaria para sintetizar una proteína.
• ARN Transferente (ARNt): Transporta aminoácidos hasta los ribosomas para formar proteínas. Contiene un brazo aceptor y un anticodón.
• ARN Ribosómico (ARNr): Forma los ribosomas junto con algunas proteínas. Es el ARN más abundante en la célula.

Otros ARN

Existen otros ARN con funciones reguladoras o estructurales:

• ARNhn: ARN heterogéneo nuclear.
• ARNsn: ARN pequeño nuclear.
• ARNi: ARN de interferencia.
• ARN vírico: Presente en virus.