Estructura y Función del ADN: Localización y Características

El ADN (ácido desoxirribonucleico) es una macromolécula formada por la unión de desoxirribonucleótidos-5′-monofosfato de adenina, guanina, citosina y timina. Estos nucleótidos se unen mediante enlaces fosfodiéster en dirección 5′-3′.

Localización del ADN

El ADN se puede encontrar en diferentes estructuras celulares:

• Virus: En los virus, el ADN puede ser monocatenario (una sola cadena) o bicatenario (doble cadena), y su forma puede ser circular o lineal.
• Células bacterianas (procariotas): En bacterias, el ADN es circular y bicatenario, y no está asociado a proteínas histonas.
• Células eucariotas: En las células eucariotas, el ADN se encuentra principalmente en el núcleo, pero también dentro de las mitocondrias y los cloroplastos.
  • ADN nuclear: Es lineal y bicatenario. Se asocia a proteínas básicas (histonas) formando nucleoproteínas, la base de la cromatina.
  • ADN mitocondrial y de cloroplastos: Es circular y bicatenario, similar al ADN bacteriano, y no está asociado a histonas.

Modelo de la Doble Hélice de Watson y Crick

En 1953, James Watson y Francis Crick propusieron el modelo de la doble hélice para la estructura del ADN, que establece lo siguiente:

• La molécula de ADN está compuesta por dos cadenas de polidesoxirribonucleótidos que son antiparalelas; es decir, están orientadas en direcciones opuestas (5′-3′ y 3′-5′).
• Las dos cadenas se enfrentan por sus bases nitrogenadas. Este enfrentamiento siempre ocurre entre una base púrica (adenina o guanina) y una base pirimidínica (citosina o timina). Las bases enfrentadas se denominan bases complementarias.
• Las dos cadenas se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno (puentes de hidrógeno) que se forman entre los grupos polares de las bases complementarias. Se forman dos puentes de hidrógeno entre la adenina (A) y la timina (T), y tres puentes de hidrógeno entre la guanina (G) y la citosina (C).
• Cada una de las cadenas contiene la secuencia de bases complementaria a la otra, por lo que se denominan cadenas complementarias.
• Las dos cadenas se enrollan en espiral alrededor de un eje imaginario, formando una doble hélice.
• Las bases nitrogenadas se sitúan hacia el interior de la doble hélice, mientras que el esqueleto de azúcares (desoxirribosa) y fosfatos forma la parte externa.
• La doble hélice tiene un grosor de 2 nm, una longitud de vuelta de 3,4 nm y cada 0,34 nm se encuentra un par de bases. Por lo tanto, hay 10 pares de nucleótidos por cada vuelta de la hélice.

Estructura y Función del ARN: Características y Tipos

El ARN (ácido ribonucleico) es una macromolécula formada por ribonucleótidos-5′-monofosfato de adenina, guanina, citosina y uracilo, unidos mediante enlaces fosfodiéster en dirección 5′-3′.

A diferencia del ADN, el ARN es generalmente monocatenario (una sola cadena) y presenta solo estructura primaria, excepto en algunos virus donde puede ser bicatenario y adoptar una estructura de doble hélice.

Las moléculas de ARN se localizan tanto en el núcleo como en el citoplasma de las células. Existen varios tipos principales de ARN, cada uno con funciones específicas:

• ARN ribosómico (ARNr)
• ARN de transferencia (ARNt)
• ARN mensajero (ARNm)

Diferencias Clave entre ADN y ARN

Las diferencias fundamentales entre ADN y ARN se pueden resumir en los siguientes aspectos:

• Composición:
  • El ADN contiene la pentosa ß-D-desoxirribofuranosa, la base nitrogenada timina (T) y no contiene uracilo (U).
  • El ARN contiene la pentosa ß-D-ribofuranosa, la base nitrogenada uracilo (U) y no contiene timina (T).
• Localización:
  • La mayor parte del ADN se localiza en el núcleo celular, aunque también se encuentra en mitocondrias y cloroplastos (en células eucariotas).
  • El ARN se localiza tanto en el núcleo como en el citoplasma, incluyendo ribosomas, mitocondrias y cloroplastos.
• Estructura:
  • La mayoría de las moléculas de ADN son bicatenarias (doble hélice) y de gran tamaño.
  • La mayoría de las moléculas de ARN son monocatenarias y de menor tamaño.
• Función:
  • El ADN almacena la información genética y dirige la síntesis de proteínas.
  • El ARN participa en la expresión de la información genética contenida en el ADN, es decir, en la síntesis de proteínas.

Tipos de ARN y sus Funciones

ARN Mensajero (ARNm)

El ARNm está formado por una sola cadena de ribonucleótidos. Su función principal es copiar la información genética del ADN (en el proceso de transcripción) y transportarla desde el núcleo hasta los ribosomas en el citoplasma, donde sirve como molde para la síntesis de proteínas (en el proceso de traducción).

• ARNm en eucariotas (monocistrónico): Contiene información para sintetizar una sola proteína. Se forma a partir de un precursor llamado ARN heterogéneo nuclear (ARNhn). Presenta modificaciones en sus extremos:
  • Caperuza (cap) en el extremo 5′: Un residuo de metil-guanosina trifosfato que protege al ARNm de la degradación por exonucleasas y facilita el inicio de la traducción.
  • Cola poli-A en el extremo 3′: Una secuencia de nucleótidos de adenina (poliadenilación) que también protege al ARNm y regula su estabilidad.
  • Maduración (splicing): El ARNm eucariota inmaduro contiene intrones (regiones no codificantes) y exones (regiones codificantes). Durante la maduración, los intrones se eliminan y los exones se unen para formar el ARNm maduro funcional.
• ARNm en procariotas (policistrónico): Puede contener información para sintetizar varias proteínas diferentes. Carece de caperuza y cola poli-A, y no experimenta maduración (no tiene intrones).

ARN de Transferencia (ARNt)

El ARNt es una molécula pequeña de ARN con una estructura secundaria característica en forma de hoja de trébol. Presenta regiones con bases complementarias apareadas (brazos) y regiones sin apareamiento (bucles o asas).

Estructura del ARNt:

• Brazo aceptor: No tiene asa. Aquí se localizan los extremos 5′ (con un grupo fosfato libre) y 3′ (con la secuencia CCA sin aparear) de la cadena. El extremo 3′ es el sitio de unión del aminoácido.
• Brazo del anticodón: Contiene un triplete de bases denominado anticodón, que es complementario a un codón específico del ARNm. El anticodón determina qué aminoácido transportará el ARNt.
• Brazo D: Es el sitio de unión de la enzima aminoacil-ARNt sintetasa, que cataliza la unión del aminoácido específico al ARNt.
• Brazo T: Es el sitio de unión del ARNt al ribosoma durante la traducción.

Función del ARNt: Captar aminoácidos activados en el citoplasma y transportarlos a los ribosomas, donde se incorporan a la cadena polipeptídica en crecimiento según la secuencia de codones del ARNm.

ARN Ribosómico (ARNr)

El ARNr es el tipo de ARN más abundante en la célula. Está formado por moléculas de diferentes tamaños, cada una con una sola cadena de ribonucleótidos.

Funciones del ARNr:

• Función estructural: Se asocia con proteínas para formar los ribosomas, las estructuras celulares donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas.
• Función catalítica: Algunos ARNr tienen actividad catalítica (ribozimas) y participan en la formación de los enlaces peptídicos entre los aminoácidos durante la síntesis de proteínas.