acidos nucleicos

ACIDOS NUCLEICOS

Son compuestos orgánicos de elevado peso molecular, formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Cumplen la importante función de sintetizar las proteínas específicas de las células y de almacenar, duplicar y transmitir los caracteres hereditarios. Los ácidos nucleicos, representados por el ADN (ácido desoxirribonucleico) y por el ARN (ácido ribonucleico), son macromoléculas formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas nucleótidos.

NUCLEÓTIDOS 
Son moléculas compuestas por grupos fosfato, un monosacárido de cinco carbonos (pentosa) y una base nitrogenada. Además de constituir los ácidos nucleicos forman parte de coenzimas y de moléculas que contienen energía. Los nucleótidos tienen importantes funciones, entre ellas el transporte de átomos en la cadena respiratoria mitocondrial, intervenir en el proceso de fotosíntesis, transporte de energía principalmente en forma de adenosin trifosfato (ATP) y transmisión de los caracteres hereditarios.  

Esquema de un nucleótido

Grupos fosfato 
Son los que dan la característica ácida al ADN y ARN. Estos ácidos nucleicos, al tener nucleótidos con un solo radical (monofosfato) son estables. Cuando el nucleótido contiene más grupos fosfato (difosfato, trifosfato) se vuelve inestable, como sucede con el adenosin trifosfato o ATP. En consecuencia, se rompe un enlace fosfato y se libera la energía que lo une al nucleótido. Los grupos fosfato forman parte de la bicapa lipídica de las membranas celulares.

Pentosas
Son monosacáridos con cinco carbono en su molécula. En los ácidos nucleicos hay dos tipos de pentosas, la desoxirribosa presente en el ADN y la ribosa, que forma parte del ARN.

Bases nitrogenadas 
También hay dos tipos. Las derivadas de la purina son la adenina y la guanina y las que derivan de la pirimidina son la citosina, la timina y el uracilo.

Bases nitrogenadas

La timina está presente solo en el ADN, mientras que el uracilo está únicamente en el ARN. El resto de las bases nitrogenadas forma parte de ambos ácidos nucleicos.

La asociación de los nucleótidos con otras estructuras moleculares permite la transmisión de caracteres hereditarios y el transporte de energía.

NUCLEÓSIDOS 
Es la unión de una pentosa con una base nitrogenada, a través del carbono 1’ del monosacárido con un nitrógeno de la base. Al establecerse la unión química se desprende una molécula de agua.

Esquema de un nucleósido

Los nucleósidos se identifican de acuerdo a la base nitrogenada de la cual provienen. Si derivan de bases purínicas llevan el sufijo “osina”. Si lo hacen de bases pirimidínicas se agrega la terminación “idina”. Además, si el nucleósido está unido a la desoxirribosa se le agrega el prefijo “desoxi”.

Nomenclatura de los nucleósidos

De acuerdo a lo señalado, un nucleótido está formado por un nucleósido unido a uno o más grupos fosfato. Los nucleótidos se identifican de manera similar que los nucleósidos, omitiendo la última vocal y añadiendo la palabra “fosfato”, por ejemplo, adenosin fosfato, desoxicitidin fosfato, uridin fosfato, etc.

Los ácidos nucleicos son larguísimas cadenas formadas por millones de nucleótidos que se unen entre sí por enlaces de fosfatos. La base nitrogenada del nucleótido se une al carbono 1’ de la molécula de pentosa y el grupo fosfato al carbono 5’. La columna vertebral de la cadena o hilera la constituyen el grupo fosfato y la pentosa.

ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN) 
Es una molécula sumamente compleja que contiene toda la información genética del individuo. El ADN regula el control metabólico de todas las células.
El ADN posee una doble cadena o hilera de polinucleótidos, ambas con forma helicoidal y ensamblada a manera de escalera. Es un ácido nucleico presente en el núcleo, en las mitocondrias y en los cloroplastos de todas las células eucariotas. Se dispone de manera lineal, aunque en las procariotas tiene forma circular y está disperso en el citoplasma.
Para su estudio se lo divide en cuatro estructuras.

Estructura primaria del ADN
Como fue señalado, cada nucleótido está compuesto por una molécula de ácido fosfórico, una desoxirribosa como pentosa y cuatro bases nitrogenadas que son la adenina, citosina, guanina y timina.

Estructura secundaria del ADN
El ADN está formado por dos hileras o cadenas de polinucleótidos. El nucleótido de cada hilera sigue a otro nucleótido, y este a su vez al siguiente. De esta forma, cada nucleótido se denomina de acuerdo a la secuencia de cada base nitrogenada. Por ejemplo, una de las secuencias puede ser G-T-A-C-A-T-G-C. Una determinada secuencia de nucleótidos del ADN se denomina gen. Los genes se ubican en un determinado lugar de los cromosomas, y ejercen funciones específicas.

Las bases nitrogenadas de una cadena o hilera están orientadas hacia las bases nitrogenadas de la otra hilera complementaria, unidas entre sí por puentes de hidrógeno.

Las bases enfrentadas de cada hilera no lo hacen al azar, sino que la adenina se une siempre a la timina (A-T) mediante dos puentes de hidrógeno y la citosina hace lo propio con la guanina (C-G) a través de tres puentes de hidrógeno, tal como puede verse en el siguiente esquema. De esta forma, las dos hileras permanecen conectadas en toda su longitud.

La forma en que se disponen las cuatro bases nitrogenadas a lo largo de toda la cadena es la responsable de codificar la información genética de la célula, con instrucciones para controlar el desarrollo y las funciones del individuo. Numerosas proteínas como las histonas y factores de transcripción se adosan a la molécula de ADN con el fin de regular su expresión.

Estructura secundaria del ADN

Estructura terciaria del ADN
El ADN no está libre dentro del núcleo de la célula, sino que está organizado en un complejo llamado cromatina. Se denomina cromatina a la estructura formada por ADN y proteínas histónicas y no histónicas. La cromatina está inmersa en el jugo nuclear cuando la célula está en interfase, es decir, entre dos mitosis. En esa etapa, la molécula de ADN forma largos y numerosos filamentos que se enrollan a sucesivas moléculas de proteínas especiales llamadas histonas. Esto produce que el ADN sufra una importante compactación, puesto que en cada enrollamiento el ADN da casi dos vueltas sobre cuatro pares de histonas. Esas histonas, que se reconocen como H2A, H2B, H3 y H4, forman el octámero de histonas al agruparse de a pares.

El ADN enrollado junto al octámero se denomina cromatosoma. Entre dos cromatosomas se ubica el ADN espaciador, al que está asociada otra proteína histónica llamada H1, que mantiene en posición al ADN en el octámero.

Cada cromatosoma seguido de la histona H1 y del ADN espaciador forma las unidades fundamentales de la cromatina de las células eucariotas, llamadas nucleosomas. Los nucleosomas, con unos 100 ángstrom de diámetro, adoptan la forma de un collar de perlas, forma en que se observa la cromatina mediante microscopía electrónica cuando la célula está en interfase.

Disposición en collar de perlas de la fibra de cromatina

Estructura cuaternaria del ADN
Los nucleosomas también se compactan enrollándose de manera helicoidal. Forman estructuras de alrededor de 300 ángstrom de diámetro, denominadas solenoides. Cuando la célula entra en mitosis, las fibras de cromatina se pliegan entre sí y se compactan aún más, formando los cromosomas.

Las proteínas no histónicas actúan como un andamiaje sobre los solenoides, ensamblándose en forma de espiral. Estas proteínas brindan un armazón a la fibra de cromatina y colaboran en su plegamiento.

Funciones del ADN
-Almacenamiento de la información genética
-Replicación de su propia molécula
-Síntesis de ARN (transcripción)
-Transferencia de la información genética
 

La replicación o duplicación de la molécula de ADN se produce en la interfase de la división celular, más precisamente en la fase S, con el objetivo de conservar la información genética. Los puentes de hidrógeno que unen las dos hileras de polinucleótidos se rompen, con lo cual ambas cadenas se separan, sirviendo cada una de molde para fabricar una nueva hilera complementaria. La enzima ADN polimerasa se encarga de agregar nucleótidos fabricados por la célula que están esparcidos en el núcleo. Dicha enzima los va añadiendo a cada hilera separada conforme con la secuencia adenosina-timina y citosina-guanina (A-T y C-G). Al terminar la duplicación se obtienen dos moléculas idénticas de ADN de forma helicoidal, cada una con una hilera original y otra hilera neoformada. El núcleo tiene ahora el doble del ADN y de proteínas que al principio. De esta manera, la información genética de la célula madre será transmitida a las células hijas al producirse la mitosis.

ACIDO RIBONUCLEICO (ARN) 
A diferencia del ADN que posee desoxirribosa y timina, el ARN está formado por ribosa como monosacárido y uracilo como una de las bases nitrogenadas. El ARN forma una sola cadena de polinucleótidos dispuesta en manera lineal. Está presente en el citoplasma de las células procariotas y eucariotas.
La formación o síntesis de ARN se realiza a partir del ADN mediante la enzima ARN polimerasa, que copia una secuencia de nucleótidos (genes) de una hilera del ADN.
El ARN controla las etapas intermedias en la formación (síntesis) de proteínas.
Existen cuatro tipos de ARN con distintas funciones. Ellos son el ARN mensajero, el ARN de transferencia, el ARN ribosómico y el ARN heteronuclear.

-ARN mensajero (ARNm)
Se forma a partir del molde de una hilera de ADN. El ARN mensajero transporta la información para sintetizar una proteína copiada del ADN, desde el núcleo hasta el citoplasma, pasando por los poros de la membrana nuclear o carioteca. Luego se acopla a los ribosomas, organelas celulares donde se produce la síntesis de proteínas. Un codón está formado por tres nucleótidos del ARNm. Cada codón contiene un aminoácido diferente. Por lo tanto, a partir de la sucesión de los nucleótidos del ARNm se arma la secuencia de aminoácidos de la proteína. Debe recordarse que una serie de aminoácidos forman una proteína. El ARNm se degrada rápidamente por acción enzimática.

-ARN de transferencia (ARNt)
Tiene por función transportar aminoácidos hacia el ribosoma. En un extremo de su estructura, el ARNt posee un lugar específico para que se fije el aminoácido. En el otro extremo tiene un anticodón, formado por tres nucleótidos que se unen al codón del ARNm por puentes de hidrógeno.

-ARN ribosómico (ARNr)
Se unen a proteínas para formar los ribosomas, organelas formadas por dos subunidades, una mayor y otra menor. En los ribosomas se produce la síntesis de proteínas. El ARNr se sitúa en el citoplasma, y es el tipo de ácido ribonucleico más abundante de las células. El ARN nucleolar, ubicado en el nucléolo de las eucariotas, es el precursor del ARN ribosómico.

-ARN heteronuclear (ARNh)
Se aloja en el núcleo celular y su función es actuar como precursor de los distintos tipos de ARN.

Cuadro resumen

Estructura celular