Ácidos Nucleicos

ADN: Estructura y Características

El ADN (ácido desoxirribonucleico) es un polímero formado por residuos de 2′-desoxirribonucleótido unidos por enlaces 3′,5′-fosfodiéster. Tiene una forma lineal y es muy flexible, con capacidad de rotación en el enlace azúcar-fosfato. La longitud del polímero se numera por pares de bases. El ADN sigue las leyes de Chargaff: en un organismo, la composición de bases del ADN es constante y no varía con la edad, el ambiente ni la nutrición. Las bases Adenina (A) y Timina (T) se encuentran en igual concentración, al igual que Guanina (G) y Citosina (C). Sin embargo, la composición de bases varía entre diferentes organismos.

La Doble Hélice del ADN

La estructura de doble hélice del ADN fue descubierta en 1950 por Franklin y Wilkins, gracias a la difracción de rayos X, que mostró que el ADN está formado por dos cadenas y tiene una forma helicoidal. En 1953, Watson y Crick postularon que el ADN está compuesto por dos cadenas enrolladas helicoidalmente con giro dextrógiro. Las bases nitrogenadas se sitúan hacia adentro, formando la parte hidrofóbica, mientras que la desoxirribosa y los grupos fosfato, que constituyen la parte hidrofílica, se ubican hacia la parte externa de la hélice. En la cara interior, las bases se enlazan mediante puentes de hidrógeno con sus complementarias. Esto, junto con la apilación de bases, los efectos hidrofóbicos y las interacciones electrostáticas, ayuda a estabilizar la hélice. La forma más estable es la antiparalela, con los enlaces en dirección opuesta. Watson y Crick también propusieron un modelo de replicación en el que las hebras de la hélice se separan y se sintetizan sus complementarias.

Diferentes Estructuras del ADN

• Forma B: Propuesta por Watson y Crick, con los pares de bases apilados, giro a la derecha, 10,5 pares de bases por vuelta con una inclinación de 6º, y es muy estable.
• Forma A: Mayor grosor, giro a la derecha, 11 pares por vuelta, inclinación de 20º. Se observa en cadenas cortas que cristalizan.
• Forma Z: 12 pares por vuelta, inclinación de 7º, más alargada y delgada, giro a la izquierda, sufre un plegamiento en zig-zag.
• Formas no habituales:
  • Palíndromo: Estructura con igual lectura en ambos sentidos, puede formar estructuras en horquilla y cruciforme.
  • Repetición especular: Secuencia invertida en las dos cadenas de la hélice, no complementa los pares de bases y no forma estructuras.
  • ADN triplex: Estable a pH bajo, con agrupaciones de Hoogsteen.
  • ADN cuádruplex: Se forma en regiones con alta concentración de Guanosina.
  • H-ADN: Hélice de tres cadenas con imagen especular de pirimidina o purina.

ARN: Estructura y Funciones

El ARN (ácido ribonucleico) es un polímero de cadena única (en algunos virus, doble), con las mismas bases nitrogenadas que el ADN, pero con Uracilo (U) en lugar de Timina (T). Posee un grupo OH en la posición 2′ de la ribosa. Forma enlaces A-U y G-C. Presenta estructuras complejas y puede formar bucles. Puede aparearse con ADN o ARN complementario. Sus funciones principales son el almacenamiento, la catálisis y la transmisión de información.

Tipos de ARN

• ARN de transferencia (ARNt): Transporta los aminoácidos a los ribosomas para la síntesis de proteínas.
• ARN ribosómico (ARNr): Componente principal de los ribosomas, es el más abundante.
• ARN mensajero (ARNm): Lleva la información del ADN y codifica la secuencia de aminoácidos de la proteína.
• Micro ARN: Modifica el propio ARN y tiene actividad catalítica.

Propiedades de los Ácidos Nucleicos

Las transformaciones de los ácidos nucleicos son muy lentas sin catalizadores. A pH o temperaturas altas, se produce la desnaturalización del ADN (desenrollamiento de la hélice por rotura de los puentes de hidrógeno y del apilamiento de bases). Cuando los factores externos vuelven a la normalidad, se produce la renaturalización, volviéndose a juntar los pares de bases. El ADN puede formar dúplex híbridos (ADN de dos especies). El ADN también puede sufrir mutaciones (alteración permanente de la secuencia de bases), relacionadas o no con una patología, que pueden llegar a sintetizar proteínas defectuosas. Mutaciones como el cambio de bases por luz UV, daños por productos químicos u oxidaciones, son reparadas por un sistema bioquímico de reparación.

Función de los Ácidos Nucleicos: Almacenamiento y Transmisión de la Información Genética

El genoma recoge todos los genes de una especie. Los genes (regiones del ADN que dirigen el organismo) transcriben el ARN mensajero, que codifica una proteína. Las células hijas poseen la misma información genética que las células madre.

Replicación del ADN

Se construye una copia complementaria de las dos hebras del ADN, obteniendo dos copias idénticas. Este proceso se produce gracias al complejo enzimático ADN polimerasa. Es un proceso muy exacto, con pocos errores, pero las mutaciones sufridas llevan a la evolución.

Transcripción del ADN al ARN

Se transcribe la información de los genes (cadena de ADN) al ARN mensajero, que es complementario al ADN y codificará una proteína. Este proceso se lleva a cabo gracias al complejo enzimático ARN polimerasa.

Traducción del ARN a la Proteína

La secuencia lineal de bases en el ARN mensajero es la responsable de codificar la proteína. Se leen de tres en tres nucleótidos (codón), cada uno de los cuales equivale a un aminoácido. El código genético son las reglas que especifican el aminoácido que corresponde a cada codón.

Técnicas de Genética Molecular

El ADN se obtiene de algún resto orgánico del organismo y, mediante técnicas como el»salting ou», se extrae el ADN. Tras la lisis celular, la digestión proteica, la eliminación y la precipitación, y conociendo la concentración y pureza de la muestra, se obtiene ADN puro.

PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa)

Es la técnica más común, creada por Kary Mullis en 1993. A partir de esta técnica, se obtienen muchas copias de un fragmento de ADN, basándose en el proceso de replicación. Mediante ciclos de altas y bajas temperaturas (entre los ciclos actúa la ADN polimerasa), se consigue la desnaturalización del ADN y, con la ayuda de la ADN polimerasa y cebadores, se copian las cadenas separadas de la hélice. Repitiendo este proceso, se consiguen muchas copias idénticas.