Ácidos nucléicos

La gran importancia biológica de los ácidos nucléicos reside en su participación en los mecanismos celulares a través de los cuales la información genética se almacena, se replica y posteriormente se transcribe. Estos ácidos nucleicos son el DNA y el RNA.

Sus unidades estructurales básicas reciben el nombre de mononucleótidos y por ellos se comenzará el estudio del tema.

Acidos Mononucleótidos

Compuestos formados por una base nitrogenada, un azúcar de cinco átomos de carbono (pentosa) y ácido fosfórico.

adenosina. Ácidos nucléicos* Bases nitrogenadas: derivan de compuestos heterocícli cos aromáticos, la purina y la pirimidina.
Bases nitrogenadas púricas: son la adenina (A) y la guanina (G). Ambas entran a formar parte del ADN y del RNA.
Bases nitrogenadas pirimidínicas: son la timina (T), citosina (C) y uracilo (U). La timina y la citosina intervienen en la formación del ADN. En el RNA aparecen la citosina y el uracilo.

* Pentosa: el azúcar de cinco átomos de carbono puede ser ribosa (RNA) o desoxirribosa (ADN).

* Acido fosfórico: de fórmula PO4H3.

La unión de todos estos componentes se realiza de la siguiente forma: la base púrica o pirimidínica se une con la pentosa a través de un enlace -glucosídico, en el que el N de la posición 9 (púrica) o de la posición 1 (pirimidínica) reacciona con el -OH del carbono 1 de la pentosa, con pérdida de una molécula de agua; el compuesto así formado recibe el nombre de nucleósido.

El nucleósido se une con el ácido fosfórico a través de un enlace éster y da lugar a un nucleótido.

Los mononucleótidos, además de su función como unidad estructural de los ácidos nucleicos, también desempeñan importantes papeles como coenzimas portadoras de energía (ATP o adenosintrifosfato), portadoras de azúcares (UDP) o transportadoras de aminas (CDP). También pueden actuar como coenzimas en las reacciones de óxido-reducción de los ácidos nucleicos.

La unión de dos moléculas de mononucleótidos enlazadas por un puente de ácido fosfórico da lugar a un dinucleótido. Cuando ya se unen varias unidades, el compuesto se denomina oligonucleótido y cuando existen muchas, polinucleótido. Los ácidos nucleicos son cadenas de polinucleótidos.

ADN o ácido desoxirribonucleico

Es un polinucleótido formado por adenina, guanina, timina, citosina, desoxirribosa y ácido fosfórico. El resultado es una cadena de elevado peso molecular y en la que se cumplen las siguientes condiciones:
– Cada molécula de ácido fosfórico aparece unida a dos mononucleósidos contiguos; a uno por el grupo alcohol de la posición 3′ y a otro por el grupo alcohol de la posición 5′.
– Las bases nitrogenadas aparecen alineadas a lo largo de la cadena y su número y distribución (secuencia de bases) es característica de cada especie, pues en ella reside la información necesaria para la síntesis de las propias proteínas constituyentes.
– Desde el punto de vista cuantitativo, el número de bases de adenina tiene que ser igual que el de timina; y el número de bases de guanina igual al de citosina. O lo que es lo mismo, A=T G=C A+G=T+C
Además de las características dadas anteriormente, la molécula de ADN presenta una estructura secundaria muy típica, descubierta por Watson y Crick después de realizar un análisis sobre el comportamiento de la molécula a la difracción de los rayos X.
– El ADN está formado por dos cadenas de polinucleótidos que marchan en sentido opuesto y que forman una doble hélice alrededor de un eje imaginario.
– Las dos cadenas se encuentran unidas por puentes de hidrógeno establecidos entre bases que se enfrentan. Estos puentes únicamente se forman entre la timina y la adenina, y la citosina con la guanina; las dos primeras se unen mediante dos puentes y las segundas, con tres. Las bases unidas se dice que son complementarias.

No todos los organismos presentan el ADN formando una doble hélice, pudiéndose distinguir los siguientes tipos de este ácido nucleico:

* ADN lineal
– De hélice sencilla: presenta una sola cadena y es característico de muchos virus parásitos de animales o de bacterias.
– De doble hélice: presenta dos cadenas complementarias. De esta forma es como se encuentra en el núcleo de las células eucarióticas.

* ADN circular
– De hélice sencilla: aparece en virus bacterianos.
– De doble hélice: aparece en bacterias y también en virus.

Autoduplicación del ADN

Al ser el ADN el portador de la información genética, su capacidad de autoduplicación es muy importante a la hora de conservar las características propias de cada especie.

Proceso de autoduplicación del ADN con formación de dos nuevas cadenas. Ácidos nucléicos.

Proceso de autoduplicación del ADN con formación de dos nuevas cadenas.

La duplicación del ADN comienza con el desdoblamiento de la doble hélice, constituyendo cada una el “patrón” o “molde” para la formación de una nueva cadena hija complementaria, formada al enfrentarse las bases nitrogenadas también complementarias (A-T, T-A, G-C y C-G). El resultado final son dos moléculas de DNA bicatenario idénticas a la original.

La unión entre los nucleótidos que componen las cadenas hijas está catalizada por la enzima DNA-polimerasa.

ARN o ácido ribonucléico

Es un polinucleótido formado por ribosa, ácido fosfórico, adenina, guanina, citosina y uracilo. Además puede llevar otras bases nitrogenadas raras, como la inosina, el dimetil-uracilo y otras.

Los enlaces entre los distintos nucleótidos para formar una secuencia se efectúan igual que en el DNA, pero a diferencia de éste, el RNA siempre está constituido por una cadena única (sólo en ciertos virus animales, conocidos como reovirus, se han descrito estructuras de RNA bicatenario y en doble hélice).

En las células existen tres tipos principales de ácidos nucleicos:

Típica disposición en hoja de trebol de una RNAt. Ácidos nucléicos

Típica disposición en hoja de trebol de una RNAt

* ARN mensajero (RNAm): su función es transportar, desde el núcleo (donde se sintetiza) hasta el citoplasma, la información necesaria para la síntesis de proteínas específicas. Cada proteína es “codificada” por un RNAm específico o por un segmento de una molécula de RNAm.
Es un compuesto de vida muy corta, ya que se sintetiza con rapidez y se degrada una vez cumplida su misión. Se encuentra en todas las células en una proporción muy pequeña (forma aproximadamente el 5 por 100 del total del RNA).

* ARN de transferencia (RNAt): su función es la de portador de los aminoácidos específicos para la síntesis de las proteínas en los ribosomas.
Forma pequeñas cadenas de polinucleótidos (de 75 a 90 unidades de mononucleótidos) que, además de llevar las bases nitrogenadas características de cualquier RNA (A, G, C y U), presenta otras más raras. En la actualidad se han descubierto hasta una cincuentena de RNAt distintos.
Aunque formado por una sola cadena, hay partes de ésta que se pueden replegar y adoptar la configuración de una doble hélice mediante la unión por puentes de hidrógeno de las bases complementarias; así, la guanina se une con la citosina por tres puentes de hidrógeno, y la adenina con el uracilo por dos. Lo normal es que la molécula se repliegue sobre sí misma para formar una estructura con cuatro brazos (disposición en hoja de trébol): el brazo aceptor del aminoácido, formado siempre por el triplete de bases CCA; el brazo anticodón, en el que se sitúan las bases que se enfrentarán a sus complementarias del RNAm; y otros dos brazos libres sin bases complementarias.

Cada uno de los 20 aminoácidos que forman las proteínas, tienen su correspondiente ARN, y algunos poseen varios.

El ARN, se localiza en el citoplasma de las células y representa aproximadamente el 10 por 100 del ARN total.

* ARN ribosómico (RNAt): es el constituyente mayoritario de los ribosomas (hasta un 65 por 100), en los que se encuentra casi siempre formando cadenas lineales de una sola hélice, aunque en ocasiones se puede replegar sobre sí mismo formando hélices dobles.
Contiene las cuatro bases principales y sólo alguna rara. Representa hasta el 80 por 100 del RNA total de la célula.

Funciones biológicas del ADN y ARN

Ya se vio anteriormente que una de las funciones primordiales del DNA es la de ser el portador del mensaje genético en las células. Pero este mensaje, además de heredarse de padres a hijos asegurando la pervivencia de la especie, debe “traducirse” en la síntesis de las proteínas constituyentes de un nuevo individuo y en la síntesis de las proteínas desgastadas o necesarias pa ra el crecimiento de los tejidos.

Todo este proceso tiene lugar de la siguiente forma:

Proceso de transcripción. Ácidos nucléicos

Proceso de transcripción.

* Fase de transcripción: en ella, la información genética del ADN contenido en el núcleo tiene que pasar al RNAm que la trasladará al citoplasma. Para ello se desespiraliza únicamente el fragmento de DNA que contiene el mensaje y es sólo uno de los cordones el que se transcribe. La síntesis del RNAm se efectúa por complementariedad de bases (A-U, T-A, G-C y C-G) y la unión de los ribonucleótidos está catalizada por la RNA-polimerasa.

Proceso de traducción con la lectura de un RNAm

Proceso de traducción con la lectura de un RNAm

* Fase de traducción: la información contenida en la secuencia de bases del RNAm debe traducirse en la secuencia de aminoácidos característica de la proteína que se vaya a sintetizar. Este proceso tiene lugar en los ribosomas.

Los ribosomas están formados por dos subunidades, de las cuales la inferior presenta afinidad por unirse con el RNAm, mien tras que la superior tiene afinidad por los distintos RNAt que transfieren a los aminoácidos. En esta unidad superior existen, a su vez, dos localizaciones conocidas con las letras A y P, en las que se van instalando los RNAt a medida que entran en el ribosoma.

El proceso general de traducción tiene lugar como sigue:
– Los aminoácidos, que se encuentran dispersos por el citoplasma, se unen a su RNAt correspondiente por el brazo aceptor, proceso catalizado por la enzima aminoacil-RNAt-sintetasa.
– En el lugar A del ribosoma entre el RNAt unido a un aminoácido a1, cuyas bases libres del brazo anticodón son comple mentarias de las tres primeras bases del RNAm (AUG o GUG, conocidos como codones de iniciación). El ribosoma se desplaza y el RNAt con el aminoácido quedan situados en la posición P.
– Un nuevo RNAt con un aminoácido a2 ocupa el lugar A del ribosoma, produciéndose a continuación el enlace peptídico entre el aminoácido a1 de la sede P y el aminoácido a2 de la sede A. Este proceso es catalizado por la enzima peptidil-transferasa.
– Se libera el RNAt de la posición P (ya sin aminoácido) y el ribosoma vuelve a desplazarse para que la posición A quede libre y todo el proceso anterior pueda volver a repetirse. De esta forma el ribosoma recorre toda la cadena de RNAm a razón de tres nucleótidos por movimiento, añadiéndose en cada etapa un
aminoácido más a la cadena polipeptídica en crecimiento.
– El proceso se termina cuando el conjunto ribosomapéptido-RNAt llega al denominado codón de terminación del RNAm (UAA, UAG o UGA).
– Después de liberado el polipéptido, el ribosoma se disocia en sus dos subunidades.

Código genético

Con este nombre se define el conjunto de regularidades o principios de coordinación según los cuales la información genética está codificada en el DNA o el RNA, se transcribe a un RNAm en el proceso de transcripción y se traduce en proteínas con secuencias específicas de aminoácidos durante el proceso de traducción.

Las características que presenta este código o clave genética son las siguientes:
– Cada grupo de tres bases del RNAm codifica un aminoácido. Este trio de bases recibe el nombre de triplete o codón.
– El código es universal, ya que en todos los organismos los mismos tripletes codifican los mismos aminoácidos.
– Es un código sin superposiciones, ya que cada base pertenece a un triplete distinto pero nunca a varios.
– La lectura de los tripletes del RNAm se efectúa sin pausas (no dejando partes sin leer) desde el punto de comienzo.
– El código genético es un código degenerado, ya que los 64 tripletes o codones diferentes que se pueden formar únicamente codifican 20 aminoácidos; por lo tanto, un mismo aminoácido puede ser codificado por tripletes distintos.

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