Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos constituyen el material genético de los organismos y son necesarios para el almacenamiento y la expresión de la información genética. Existen dos tipos de ácidos nucleicos química y estructuralmente distintos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN); ambos se encuentran en todas las células procariotas, eucariotas y virus. El ADN funciona como el almacén de la información genética y se localiza en los cromosomas del núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos de las células eucariotas. En las células procariotas el ADN se encuentra en su único cromosoma y, de manera extracromosómica, en forma de plásmidos. El ARN interviene en la transferencia de la información contenida en el ADN hacia los compartimientos celulares. Se encuentra en el núcleo, el citoplasma, la matriz mitocondrial y el estroma de cloroplastos de células eucariotas y en el citosol de células procariotas.

Composición de los ácidos nucleicos

La unidad básica de los ácidos nucleicos es el nucleótido, una molécula orgánica compuesta por tres componentes:

Base nitrogenada, una purina o pirimidina.

Pentosa, una ribosa o desoxirribosa según el ácido nucleico.

Grupo fosfato, causante de las cargas negativas de los ácidos nucleicos y que le brinda características ácidas.

Bases nitrogenadas

Son moléculas formadas de átomos de carbono y nitrógeno que crean anillos heterocíclicos. Se conocen dos tipos de bases nitrogenadas: las purinas y las pirimidinas. Las purinas se componen de dos anillos condensados, mientras que las pirimidinas están formadas por un solo anillo. Los átomos de carbono y nitrógeno de los anillos se identifican mediante números naturales: del 1 al 6 para las pirimidinas y del 1 al 9 para las purinas. Las purinas se sintetizan de novo en el hígado como mononucleótidos unidos con una molécula de ribosa 5-fosfato; las pirimidinas lo hacen como bases libres y después se unen a la ribosa 5-fosfato. Es importante mencionar que el recambio de ácidos nucleicos da lugar a la liberación de bases libres, tanto de purinas como pirimidinas; estas bases se reciclan y se unen a una pentosa y un grupo fosfato para generar de nuevo el nucleótido.

Bases púricas: Derivan de la purina 

Bases pirimidínicas: Derivan de la pirimidina  

La unión de una pentosa y una base nitrogenada constituyen un NUCLEÓSIDO. Se establece un enlace N-glucosídico entre el carbono 1 de la pentosa y el nitrógeno 9 si la base es púrica o 1 se es pirimidínica. Se nombran con el nombre de la base terminado en –osina si es púrica y en –idina si es pirimidínica. Si la pentosa es desoxirribosa se añade el prefijo desoxi-. Adenosina, guanosina, timidita, histidina, uridina. Desoxiadenosina, desoxiguanosina,… La unión de un nucleósido y un ácido fosfórico constituye un NUCLEÓTIDO. Se establece un enlace fosfodiéster entre el –OH del carbono 5 de la pentosa y un H del ácido fosfórico. Se nombra con el nombre de la base terminado en –ílico y se antepone la palabra ácido. Ácido adenílico. Si la pentosa es desoxirribosa, se antepone la palabra desoxi. Ácido desoxiadenílico.  

Funciones de los nucleótidos 

 Derivados de los nucleótidos de interés biológico a) Fosfatos de adenosina: Actúan como intermediarios en las reacciones metabólicas en las que se libera o consume energía ya que los enlaces entre fosfatos acumulan energía. Son coenzimas. Los más importantes son:

 • AMP: Adenosín-monofosfato

 • ADP: Adenosín-difosfato 

• ATP: Adenosín-trifosfato ATP ADP + Pi + Energía ADP AMP + Pi + Energía AMP + Pi + Energía ADP ADP + Pi + Energía ATP El ATP tiene un papel importante como moneda de intercambios energéticos.

El ADN

Es un polinucleótido compuesto por desoxirribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y timina. El ARN es un polinucleótido compuesto por ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y uracilo.  

El ADN tiene un elevado peso molecular y presenta varios niveles estructurales. 

 Estructura primaria

 Es la secuencia de nucleótidos de una cadena de ADN. Presenta un esqueleto de fosfatos y pentosas del que parten las bases nitrogenadas (A, G, C, T). Estas bases se encuentran en igual porcentaje en todos los seres vivos de una misma especie, por lo que su mensaje genético es semejante. En la estructura primaria reside la información necesaria para la síntesis de proteínas.
Estructura secundaria
Es la disposición espacial que adoptan dos cadenas de polinucleótidos (hebras) dispuestas en doble hélice y con las bases enfrentadas y unidas mediante puentes de hidrógeno. Esta estructura se dedujo a partir de los siguientes datos: I. En 1950, Erwin Chargaff llegó a la conclusión de que las 4 bases del ADN no están presentes en partes iguales, pero existe una regla constante: 

• La concentración de bases púricas es igual a la de bases pirimidínicas [Bases púricas] = [Bases pirimidínicas]; [A + G] = [C + T]

 • La cantidad de Adenina es igual a la de Timina, y la de Citosina igual a la de Guanina. Es el llamado “Principio de Equivalencia de Bases”. [A] = [T] → [C] = [G]

Estructura terciaria o primer nivel de empaquetamiento 

Consiste en la asociación de ADN con proteínas. Se encuentra en el núcleo de la célula eucariota formando la cromatina.

Estructura cuaternaria o segundo nivel de empaquetamiento 

Constituye la fibra de cromatina de 300 Å. El modelo más aceptado es la hipótesis de Solenoide: La fibra de 100 Å se enrolla helicoidalmente presentando 6 nucleosomas por vuelta y las H1 se disponen formando el eje de la hélice. En el núcleo de la célula toda la cromatina se encuentra como fibra de 100 Å y de 300 Å

Propiedades del ADN

a) Estabilidad: En condiciones normales la molécula de ADN es muy estable. Pero para que se produzca la duplicación es necesaria la separación de las dos cadenas, y lo mismo para la transcripción (formación de ARN mensajero). 

b) Desnaturalización: Si el ADN se somete a temperaturas superiores a los 100 ºC se rompen los puentes de hidrógeno que unen las bases, separándose las dos cadenas. Ocurre lo mismo con variaciones de pH . Los enlaces fosfato-pentosa-base no se rompen.

c) Renaturalización:

Si se restablecen las condiciones iniciales, el ADN recupera su estructura. 

d) Hibridación:

Si se desnaturaliza una mezcla de ADN de distintas especies, en la renaturalización aparecerán formas híbridas. Esto se llama hibridación del ADN.

ARN 

Es un polinucleótido compuesto por ribonucleótidos de A, G, C y U, nunca T. Es monocatenario, excepto en algunos virus, por lo que presenta estructura primaria, y los nucleótidos se unen siempre en la dirección 5’→ 3’. A veces se enrolla en doble hélice, presentando estructura secundaria y otras veces se asocia a proteínas, por lo que tiene estructura terciaria.

• Transcripción: Formación de ARN a partir del ADN. 

• Traducción: Formación de proteínas según la información del ARN mensajero.

Existen varios tipos de ARN.

ARN mensajero (ARNm) 

Es una molécula corta y lineal de hasta 5000 nucleótidos, de vida corta y estructura primaria. Se origina a partir del ARN hetereogéneo nuclear, que es complementario de un fragmento de ADN, por lo que contiene su información genética. 

El ARN hetereogéneo nuclear (ARNhn) tiene unos segmentos con información llamados exones y otros sin información llamados intrones. Tras un proceso de maduración, elimina los intrones y forma ARNm, que tiene en su inicio una caperuza, que constituye la señal de inicio de la síntesis proteica, y al final una cola de poli A (muchas adeninas), que tiene función estabilizadora. Se forma en el núcleo y viaja hasta el citoplasma. El ARNm es el portador de la información genética del ADN. Se forma con intervención de una ARN polimerasa II y atraviesa los poros nucleares para asociarse a los ribosomas en el citoplasma y dirigir la síntesis de proteínas.

 

ARN transferente (ARNt)

Está formado por moléculas pequeñas. Tiene forma de hoja de trébol, con 4 brazos con estructura primaria y secundaria. Tres de los brazos tienen un asa o bucle, son los brazos D, T y uno llamado Anticodón. El cuarto es un brazo aceptor de aminoácidos, con un extremo (3’) más largo que otro que termina siempre en el triplete CCA y es por la A por la que se unirá a un aminoácido. Existen unos 50 tipos diferentes que se sintetizan en el nucleoplasma por acción de una ARN polimerasa III y viaja hasta el citoplasma. En el Anticodón hay diferentes tripletes, que son complementarios de los diferentes aminoácidos que capta el codón del ARNm. Su función es captar aminoácidos específicos en el citoplasma y transportarlos hasta los ribosomas, donde, siguiendo la secuencia dictada por el ARNm, se sintetizan las proteínas.  

ARN ribosómico (ARNr) 

Es el más abundante y se encuentra asociado a proteínas formando los ribosomas. Está formado por un filamento con estructura primaria, secundaria y terciaria. Su función e formar los ribosomas donde se realizará la síntesis de proteínas. Los ribosomas se diferencian por su velocidad de sedimentación, que se mide en Svedberg (1S = 10-13 s) s = segundos. En células procariotas los ribosomas son 70S, formados por dos subunidades, 30S y 50S. 30S 50S En células eucariotas son 80S. 40S ARNr 18S + proteínas 28S 60S ARNr 5.8S + proteínas 5S Los ARNr 18S, 5.8S y 28S so forman en el nucleolo a partir del ARN nucleolar y se transcribe mediante una ARN polimerasa I. El ARNr 5s se forma en el nucleoplasma y lo transcribe una ARN polimerasa III.
ARN nucleolar (ARNn) Se forma en el núcleo a partir de ciertos segmentos del ADN llamados organizadores nucleolares o región organizadora nucleolar. Se asocia a proteínas y forma el nucléolo. Una vez formado, se fragmenta y da origen a los diferentes tipos de ARNr.

                                   Diferencias estructurales entre ADN y ARN