Composición de los Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas biológicas que realizan funciones cruciales en todos los seres vivos. Son las moléculas encargadas de almacenar, transmitir y expresar la información genética. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico).

Son macromoléculas constituidas por nucleótidos, que a su vez están formadas por la unión de una base nitrogenada, un azúcar de cinco átomos de carbono (pentosa) y una molécula de ácido fosfórico.

Bases Nitrogenadas

Son compuestos heterocíclicos, formados por carbono y nitrógeno. Las estructuras que forman son planas. Existen dos tipos de bases nitrogenadas:

• Púricas: Derivan de la purina. Tanto en el ADN como en el ARN se encuentran dos: la adenina (A) y la guanina (G).
• Pirimidínicas: Derivan de la pirimidina. Son la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U).

Pentosas

Pueden ser la ribosa, que se encuentra en los nucleótidos del ARN, y la desoxirribosa, presente en los nucleótidos del ADN.

Ácido Fosfórico

Se encuentra en los nucleótidos en forma de ion fosfato.

Nucleósidos

Resultan de la unión entre una base nitrogenada y una pentosa, mediante un enlace N-glucosídico entre el C1 de la pentosa y un nitrógeno de la base con la pérdida de una molécula de agua.

Se nombran añadiendo al nombre la terminación -osina si la base es púrica (por ejemplo, adenosina), o la terminación -idina si se trata de una base pirimidínica (por ejemplo, citidina). Si la pentosa es la desoxirribosa, se añade el prefijo desoxi-, por ejemplo, desoxiadenosina o desoxicitidina.

Nucleótidos

Son los ésteres fosfóricos de los nucleósidos. Se forman por la unión de un nucleósido con una molécula de ácido fosfórico en forma de ion fosfato. El enlace éster se produce entre el grupo hidroxilo del carbono 5 de la pentosa y el ácido fosfórico.

Se nombran como el nucleósido del que proceden eliminando la -a final y añadiendo la terminación 5-fosfato.

Nucleótidos no Nucleicos

Se encuentran libres en las células e intervienen en el metabolismo y en su regulación como activadores de enzimas, aportando energía química en las reacciones celulares y como coenzimas.

Nucleótidos de Adenina

• ADP y ATP: La importancia biológica de estos nucleótidos radica en que los grupos fosfatos se unen entre sí mediante enlaces ricos en energía. Esta energía se acumula al formarse el enlace y se libera fácilmente cuando este se rompe por hidrólisis. Son moléculas transportadoras de energía. El ADP y el ATP son los transportadores de energía más importantes. El ATP actúa como moneda de intercambio de energía. La energía desprendida en las reacciones exergónicas se utiliza para formar ATP a partir de ADP y ácido fosfórico, mientras que la energía que se necesita en las reacciones endergónicas procede de la liberada cuando el ATP se hidroliza a ADP y ácido fosfórico.
• AMP cíclico: Es un nucleótido de adenina cuyo ácido fosfórico está esterificado con los carbonos 5 y 3 de la ribosa. Se forma en las células a partir del ATP mediante una reacción catalizada por la enzima adenilato ciclasa localizada en la membrana celular. La adenilato ciclasa se activa cuando determinadas hormonas se unen en la membrana plasmática a receptores específicos. La unión de una hormona al receptor adecuado hace que se produzca AMPc. Esta molécula activa enzimas que actúan en numerosas reacciones metabólicas. Debido a la forma en cómo se origina, al AMPc se le denomina segundo mensajero, ya que transmite y amplifica en el interior de la célula las señales que le llegan a través de la sangre mediante las hormonas, que son los primeros mensajeros.

Nucleótidos Coenzimáticos

Las coenzimas son moléculas orgánicas no proteicas que intervienen en las reacciones catalizadas enzimáticamente, actuando como transportadores de electrones. Tienen diversa naturaleza química. A diferencia de las enzimas, las coenzimas no son específicas en cuanto al sustrato sobre el que actúan, sino que cada grupo de coenzimas interviene en un mismo tipo de reacción, independientemente de cuál sea el sustrato.

• Nucleótidos de Flavina: Están formados por una base nitrogenada, la flavina. Son coenzimas de las deshidrogenasas, enzimas que catalizan las reacciones de oxidación-reducción, y se pueden encontrar tanto en forma oxidada como en forma reducida.
• Nucleótidos de Piridina: Existen dos, NAD y NADP. Son también coenzimas de deshidrogenasas. Se pueden encontrar en forma oxidada o reducida. Intervienen en diversos procesos metabólicos, como la respiración celular.
• Coenzima A: Se designa abreviadamente con el término CoA, o bien con el de CoA-SH, para resaltar la importancia que tiene el grupo funcional tiol. Interviene en reacciones enzimáticas implicadas en el metabolismo celular, como transportador de grupos acilo procedentes de los ácidos orgánicos.

ADN

El ADN (ácido desoxirribonucleico) es una sustancia formada químicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Está constituido por subunidades que se repiten en la molécula: los nucleótidos. El ADN es un polímero lineal formado por desoxirribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y timina.

El ADN posee diferentes niveles de complejidad estructural. Presenta, fundamentalmente, estructura primaria y secundaria, aunque adopta estructuras superenrolladas que equivaldrían a una estructura terciaria.

Estructura Primaria

Es la secuencia de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Los enlaces fosfodiéster se establecen entre el radical fosfato situado en el carbono 5 de un nucleótido y el radical hidroxilo del carbono 3 del siguiente nucleótido. Una cadena de ADN presenta dos extremos libres: el 5′, unido al grupo fosfato, y el 3′, unido a un hidroxilo.

Las cadenas de nucleótidos se diferencian en el tamaño, en la composición y en la secuencia de bases, que indica el orden en que A, T, C y G se sitúan en la cadena. La información genética contenida en la molécula de ADN lleva la información necesaria para que los aminoácidos se unan en un determinado orden, constituyendo la estructura primaria de una proteína.

Estructura Secundaria

• El ADN es una molécula larga, rígida y no plegada.
• En la molécula existen detalles estructurales repetidos.
• La composición en bases varía, pero para la misma especie, el contenido en bases púricas es igual al de pirimidínicas.

Watson y Crick propusieron un modelo que era compatible con estos datos y que permitía comprender el funcionamiento del ADN:

• El ADN es una doble hélice de 2 nm de diámetro, formada por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor de un eje imaginario; las bases nitrogenadas se encuentran situadas en el interior.
• El enrollamiento es dextrógiro (derecha) y plectonémico, es decir, que para que las dos cadenas se separen es necesario que se desenrollen.
• Cada pareja de nucleótidos está separada de la siguiente por una distancia de 0.34 nm y cada vuelta de la doble hélice está formada por 10 pares de nucleótidos.
• Las dos cadenas de polinucleótidos son antiparalelas, es decir, los enlaces 5′-3′ están orientados en sentidos opuestos, y son complementarias: la adenina se une a la timina mediante dos puentes de hidrógeno, y la guanina se une a la citosina mediante tres puentes de hidrógeno.