3.5: Ácidos nucleicos

admin

ADN y ARN

Los dos tipos principales de ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ADN es el material genético que se encuentra en todos los organismos vivos, desde las bacterias unicelulares hasta los mamíferos multicelulares. Se encuentra en el núcleo de los eucariotas y en los orgánulos, cloroplastos y mitocondrias. En los procariotas, el ADN no está encerrado en una envoltura membranosa.

Todo el contenido genético de una célula se conoce como su genoma, y el estudio de los genomas es la genómica. En las células eucariotas, pero no en las procariotas, el ADN forma un complejo con las proteínas histónicas para formar la cromatina, la sustancia de los cromosomas eucariotas. Un cromosoma puede contener decenas de miles de genes. Muchos genes contienen la información para fabricar productos proteicos; otros genes codifican productos de ARN. El ADN controla todas las actividades celulares encendiendo o apagando los genes.

El otro tipo de ácido nucleico, el ARN, participa principalmente en la síntesis de proteínas. Las moléculas de ADN nunca salen del núcleo, sino que utilizan un intermediario para comunicarse con el resto de la célula. Este intermediario es el ARN mensajero (ARNm). Otros tipos de ARN -como el ARNr, el ARNt y el microARN- participan en la síntesis de proteínas y en su regulación.

El ADN y el ARN están formados por monómeros conocidos como nucleótidos. Los nucleótidos se combinan entre sí para formar un polinucleótido, ADN o ARN. Cada nucleótido está formado por tres componentes: una base nitrogenada, un azúcar pentosa (de cinco carbonos) y un grupo fosfato (Figura \(\PageIndex{1})). Cada base nitrogenada de un nucleótido está unida a una molécula de azúcar, que está unida a uno o más grupos fosfato.

Se muestra la estructura molecular de un nucleótido. El núcleo del nucleótido es una pentosa cuyos residuos de carbono están numerados del uno al cinco. La base está unida al carbono primo, y el fosfato está unido al carbono primo cinco. Hay dos tipos de pentosas en los nucleótidos: la ribosa y la desoxirribosa. La desoxirribosa tiene un H en lugar de un OH en la posición de dos primos. Los nucleótidos contienen cinco tipos de bases. Dos de ellas, la adenina y la guanina, son bases purinas con dos anillos fusionados. Las otras tres, la citosina, la timina y el uracilo, tienen un solo anillo de seis miembros.
Figura (\PageIndex{1}): Un nucleótido está formado por tres componentes: una base nitrogenada, un azúcar pentosa y uno o más grupos fosfato. Los residuos de carbono de la pentosa se numeran del 1′ al 5′ (el primo distingue estos residuos de los de la base, que se numeran sin utilizar una notación de primo). La base se une a la posición 1′ de la ribosa, y el fosfato se une a la posición 5′. Cuando se forma un polinucleótido, el fosfato 5′ del nucleótido entrante se une al grupo hidroxilo 3′ al final de la cadena en crecimiento. Hay dos tipos de pentosas en los nucleótidos, la desoxirribosa (presente en el ADN) y la ribosa (presente en el ARN). La desoxirribosa tiene una estructura similar a la de la ribosa, pero tiene un H en lugar de un OH en la posición 2′. Las bases pueden dividirse en dos categorías: purinas y pirimidinas. Las purinas tienen una estructura de doble anillo, y las pirimidinas tienen un solo anillo.

Las bases nitrogenadas, componentes importantes de los nucleótidos, son moléculas orgánicas y se llaman así porque contienen carbono y nitrógeno. Son bases porque contienen un grupo amino que tiene el potencial de unir un hidrógeno extra, y así, disminuye la concentración de iones de hidrógeno en su entorno, haciéndolo más básico. Cada nucleótido del ADN contiene una de las cuatro bases nitrogenadas posibles: adenina (A), guanina (G) citosina (C) y timina (T).

La adenina y la guanina se clasifican como purinas. La estructura primaria de una purina es de dos anillos de carbono-nitrógeno. La citosina, la timina y el uracilo se clasifican como pirimidinas que tienen un solo anillo de carbono-nitrógeno como estructura primaria (Figura \(\PageIndex{1})). Cada uno de estos anillos básicos de carbono-nitrógeno tiene diferentes grupos funcionales unidos a él. En la taquigrafía de la biología molecular, las bases nitrogenadas se conocen simplemente por sus símbolos A, T, G, C y U. El ADN contiene A, T, G y C, mientras que el ARN contiene A, U, G y C.

El azúcar pentosa en el ADN es la desoxirribosa, y en el ARN, el azúcar es la ribosa (Figura \(\PageIndex{1}\}). La diferencia entre los azúcares es la presencia del grupo hidroxilo en el segundo carbono de la ribosa y del hidrógeno en el segundo carbono de la desoxirribosa. Los átomos de carbono de la molécula de azúcar se numeran como 1′, 2′, 3′, 4′ y 5′ (1′ se lee como «un primo»). El residuo de fosfato se une al grupo hidroxilo del carbono 5′ de un azúcar y al grupo hidroxilo del carbono 3′ del azúcar del siguiente nucleótido, lo que forma un enlace fosfodiéster 5′-3′. El enlace fosfodiéster no se forma por simple reacción de deshidratación como los demás enlaces que conectan los monómeros en las macromoléculas: su formación implica la eliminación de dos grupos fosfato. Un polinucleótido puede tener miles de estos enlaces fosfodiésteres.