ÁCIDOS NUCLEICOS: COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA

DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS

1. Son grandes biopolímeros de elevada masa molecular que están siempre presentes en el núcleo de las células y también en determinados orgánulos como las mitocondrias y los cloroplastos.
2. Contienen la información genética del organismo completo.
3. Los ácidos nucleicos tienen además capacidad de duplicación, gracias a lo cual su información se transmite de una generación a otra.
4. Están formados por millones de subunidades estructurales llamadas nucleótidos. Son las moléculas orgánicas más largas que se conocen: todo el ADN de una única célula humana tiene una extensión total cercana a los dos metros.
5. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ADN y el ARN. Se diferencian porque contienen:
   • Pentosas distintas: desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN.
   • Bases nitrogenadas distintas: adenina, guanina, citosina y timina, en el ADN; y adenina, guanina, citosina y uracilo en el ARN.
   • Número de cadenas distinto: el ADN está formado por dos cadenas de polinucleótidos, mientras que el ARN contiene una sola cadena.

BREVE RESEÑA SOBRE EL DESARROLLO HISTÓRICO DE LA IMPORTANCIA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

1. Descubiertos por Miescher en 1869, sustancia que al principio denominó “nucleína”. Al separar el componente proteico de la nucleína, observó que tenía naturaleza de ácido y lo llamó “ácido nucleico”.
2. En los años treinta se descubrió que los cromosomas contenían esta asociación de ácidos nucleicos con proteínas, por lo que la nucleína empezó a llamarse “cromatina” en vez de nucleína. Se conocía además, desde finales del siglo XIX, que los cromosomas eran portadores de información hereditaria; se comprobó la existencia de distintos tipos de ácidos nucleicos.
3. En 1944, Avery demuestra que los ácidos nucleicos son portadores de información hereditaria.
4. En 1953, Watson y Crick descubrieron la estructura del ADN y formularon la hipótesis sobre su mecanismo de autoduplicación.

COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Son biopolímeros formados por unidades o monómeros repetitivos llamados nucleótidos. Cada nucleótido está formado por la unión de un nucleósido con el ácido ortofosfórico. Cada nucleósido está formado a su vez por:

1. Una pentosa, D-ribosa en el ARN; o la D-2-desoxirribosa en el ADN.
2. Una base nitrogenada, compuestos cíclicos con nitrógeno que pueden ser:
   • Púricas: como la Guanina (G) y la Adenina (A).
   • Pirimidínicas: como la Timina (T), Citosina (C) y Uracilo (U).

El ácido ortofosfórico (H₃PO₄) une dos pentosas en la cadena molecular a través de una unión fosfodiéster. Una pentosa se une con una base nitrogenada mediante un enlace N-glucosídico. La unión de una base nitrogenada + azúcar = nucleósido. La unión de una base nitrogenada + azúcar + ácido fosfórico = nucleótido.

NUCLEÓTIDOS NO NUCLEICOS

No forman parte de los ácidos nucleicos y realizan diferentes funciones. Entre estos tenemos:

• Adenosín trifosfato (ATP), que es el principal vehículo de energía celular.
• Adenosín monofosfato cíclico (AMP-c), que actúa como segundo mensajero.
• Coenzima A (Co-A), que actúa como transportador celular.
• Nicotín adenín dinucleótido (NAD), que actúa como coenzima en reacciones de oxidación-reducción.

LOS ÁCIDOS NUCLEICOS SON CADENAS DE NUCLEÓTIDOS

Los ácidos nucleicos están formados por la polimerización de muchos nucleótidos. Atendiendo a su estructura y composición, existen dos tipos de ácidos nucleicos:

• Ácido desoxirribonucleico o ADN o DNA.
• Ácido ribonucleico o ARN o RNA.

ARN O ÁCIDO RIBONUCLEICO

Son los más abundantes en las células. Son moléculas portadoras de información genética, más cortas que el ADN, presentes en el núcleo y citoplasma, y con funciones relacionadas con la síntesis de proteínas.

ESTRUCTURA Y TIPOS DE ARN

Está formado por la unión de muchos ribonucleótidos. Están formados por una sola cadena, a excepción del ARN bicatenario de los reovirus. El ARN tiene una estructura primaria formada por la secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos.

LOS DIFERENTES TIPOS DE ARN

Para clasificarlos se adopta la masa molecular media de sus cadenas.

ARN MENSAJERO (ARNm)

1. Cadenas cortas y lineales con estructura primaria.
2. Transporta la información necesaria para la síntesis proteica a partir de partes del ADN del núcleo que se transcribe a partir de enzimas ARN que copian dicha información. Dicho ARNm pasa al citoplasma y se asocia a los ribosomas para codificar la síntesis de proteínas.
3. Sintetiza un polipéptido en el citoplasma. Su vida media es corta.
4. En procariontes, el extremo 5′ posee un grupo trifosfato. En los eucariontes se puede distinguir también:
   • Exones: secuencias de bases que codifican proteínas.
   • Intrones: secuencias sin información.

ARN RIBOSÓMICO (ARNr)

1. Forma parte de las subunidades ribosómicas.
2. Cada ARNr presenta una cadena de diferente tamaño, con estructura secundaria y terciaria, y cada tipo aparece en una subunidad o en otra subunidad del ribosoma.
3. Están vinculados con la estructura del ribosoma y con la síntesis de proteínas.

ARN TRANSFERENTE (ARNt)

1. Son moléculas de pequeño tamaño.
2. Poseen en algunas zonas estructura secundaria. El 70% de las bases están formando una doble hélice. Presentan cuatro brazos: el brazo aceptor del aminoácido específico, el brazo anticodón, el brazo T y el brazo D.
3. Su misión es unirse a aminoácidos de forma muy específica en el extremo CCA, y transportarlos hasta el ARNm para sintetizar proteínas.

El lugar exacto para colocarse en el ARNm lo hace gracias a tres bases, a cuyo conjunto se llama anticodón; la complementaria en el ARNm se llama codón.

ARN NUCLEOLAR (ARNn)

Se sintetiza en el nucléolo del núcleo a partir de ciertos segmentos del ADN, por lo que forman parte del nucléolo. Después se fragmentan para formar los ribosomas.

ARN NUCLEAR PEQUEÑO (ARNpn)

• Son moléculas de pequeño tamaño.
• Poseen mucho uracilo en su composición.
• Se asocia a proteínas del núcleo y forma ribonucleoproteínas pequeño nucleares (RNPpn) que intervienen en:
  • Corte y empalme de ARN.
  • Maduración en los ARNm de los eucariontes.
  • Obtención de ARNr a partir de ARNn 45 S.

ESTRUCTURA DEL ADN: MODELO DE WATSON Y CRICK

El modelo de Watson y Crick de la doble hélice permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de duplicación del ADN. Fue postulada por Watson y Crick. En este modelo, la suma de adeninas más guaninas es igual a la suma de timinas más citosinas.

Características:

1. Es una cadena doble de polinucleótidos arrollada la una sobre la otra en forma de doble hélice.
2. El arrollamiento es dextrógiro.
3. Las cadenas son antiparalelas: las moléculas de ADN poseen dos cadenas donde el extremo 3′ de una se enfrenta al extremo 5′ de la otra, y una corre en dirección 5′-3′ y la otra en dirección 3′-5′.
4. Las bases de una y otra cadena son complementarias, pues la adenina de una se une a la timina de la otra, y la guanina de una a la citosina de la otra.
5. Las bases nitrogenadas de una cadena y la otra se atraen por puentes de hidrógeno.
6. En el modelo aparece un surco mayor y otro menor de distinta anchura debido a que los enlaces N-glucosídicos no están directamente enfrentados.
7. Dimensiones: cada vuelta tiene diez pares de nucleótidos y mide una longitud de 34 Angstroms.
8. La información genética está contenida en el orden exacto de los nucleótidos. El ADN es el portador de la información genética; se puede decir, por tanto, que los genes son fragmentos o secuencias más o menos largas de ADN.

ULTRAESTRUCTURA DEL ADN: EL CROMOSOMA

En eucariotas, el empaquetamiento de cromosomas es complejo y compacto gracias a la presencia de proteínas. A esta unión de ADN y proteínas se conoce como cromatina. Existen diferentes niveles de organización que se pueden distinguir en la cromatina:

En el núcleo interfásico:

• Collar de perlas.
• Fibra cromatínica interfásica.

En el núcleo en división (cromosoma visible):

• Estructura en bucles radiales.
• Estructura en rodillos.
• Cromosoma.

La estructura básica por la que se une el ADN a las proteínas consiste en el arrollamiento de unos 140 pares de bases del ADN, dando casi dos vueltas alrededor del octámero. A su vez, el conjunto se une a una proteína filamentosa H1 que tiene variación genética. El conjunto se llama “nucleosoma” o “cromatosoma”.

A) El primer nivel lo forman los conjuntos de millones de estas unidades de nucleosomas engarzadas por la proteína filamentosa H1 y formando una estructura a modo de “collar de perlas” de 100 Angstroms de diámetro.

B) El segundo nivel consiste en un segundo arrollamiento del collar de perlas, formando una estructura de la que se proponen un “modelo del solenoide” o el “modelo de las superbolas” de unos 300 Angstroms de diámetro y que es lo que llamamos “fibra de cromatina interfásica”, y que produce una compactación mayor de los genes, por lo que en este nivel todo el ADN de una única célula humana ocupa una longitud de medio metro (1000 pares de bases ocupan una longitud de 68 Angstroms y en el ADN humano hay unos 6×10⁹ nucleótidos).

C) El tercer nivel aparece en la cromatina del núcleo en división y en los cromosomas, y consiste en la formación de una “estructura en bucles radiales” sobre la fibra de cromatina que las acorta aún más, asociándose en los bucles con “proteínas andamio”.

D) Un cuarto nivel de organización consiste en la formación de otro arrollamiento sobre el anterior, formando una “estructura en rodillo”.

E) Un quinto nivel y último sería el propio cromosoma, que sería la máxima compactación de rodillos y que hace que las fibras de cromatina se hayan acortado hasta longitudes de pocos micrómetros.

FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

1. Duplicación del ADN.
2. Expresión del mensaje genético:
   • Transcripción del ADN para formar ARNm y otros.
   • Traducción, en los ribosomas, del mensaje contenido en el ARNm a proteínas.