Ácidos nucleicos. Composición química de los nucleótidos

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas cuya función es almacenar y transmitir la Información genética en los organismos vivos. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Ambos presentan características que los diferencian y características en común como lo es su carácter polimérico, es decir, que están formados por muchas unidades las cuales reciben el nombre de nucleótidos.

Los nucleótidos son moléculas complejas debido a que están formados por tres tipos diferentes de compuestos: una base nitrogenada, un azúcar pentosa (cinco átomos de carbono) y un grupo fosfato.

En esta estructura el orden de unión siempre será el siguiente, la base nitrogenada se une al azúcar pentosa y esta a su vez se une al grupo fosfato (Figura 1.30).

Figura 1.30: Estructura general de un nucleótido. P: grupo fosfato, A: azúcar pentosa,

BN: base nitrogenada, O: átomo de oxígeno.

Estos nucleótidos son clasificados en dependencia al tipo de azúcar: si el azúcar es la desoxirribosa se denominan desoxirribonucleotidos, y si el azúcar es ribosa reciben el nombre de ribo nucleótidos.

Las bases nitrogenadas pueden ser de dos tipos: purinicas y pirimidinicas, las purinicas están formadas por dos anillos compuestos por carbono y nitrógeno, mientras que las pirimidinicas están formadas por un solo anillo. Las purinicas son la adenina (A) y la guanina (G), y las pirimidinicas son la timina (T), la citosina (C) y el uracilo (U) (Tabla1.9). Nucleótidos

Bases nitrogenadas

Purinicas Adenina

Guanina

Pirimidinicas

Timina

Citosina

Uracilo

Azúcar pentosa Ribosa

Desoxirribosa

Grupo fosfato

Tabla 1.9: Composición química de los nucleótidos.

º

Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces fosfodiester entre el OH de la posición 3´ del azúcar de un nucleótido y el grupo 5´ fosfato del nucleótido siguiente formando los ácidos nucleicos (Figura 1.31).

Figura 1.31: Unión de los nucleótidos para formar los ácidos nucleicos.

El ácido desoxirribonucleico (ADN), contiene como azúcar la desoxirribosa y como

Bases nitrogenadas a la adenina, guanina, citosina y timina, mientras que el acido

Ribonucleico (ARN) contiene la azúcar ribosa y como bases nitrogenadas a la adenina, guanina, citosina y uracilo (en lugar de timina), como se muestra en la tabla 1.10. El grupo fosfato es común para ambos tipos de ácidos nucleicos.

ADN ARN Azúcar Desoxirribosa Ribosa

Bases nitrogenadas Adenina

Guanina

Citosina

Timina

Adenina

Guanina

Citosina

Uracilo

Grupo Fosfato Grupo Fosfato

Tabla 1.10: Componentes de los ácidos nucleicos.

Otros nucleótidos: Los nucleótidos no son solamente la unidad estructural de los ácidos nucleicos, además pueden tener en su estructura más de un grupo fosfato como por ejemplo el trifosfato de adenosina (ATP), el cual actúa como el transportador de energía química más importante De las células.

Otros nucleótidos participan como transportadores de moléculas, muchas coenzimas son nucleótidos o derivados de nucleótidos como el di nucleótido de flavina (FAD) y el di nucleótido de nicotina mina (NAD+) que intervienen en los procesos de oxidacionreduccion.

Ácido desoxirribonucleico (ADN): Al ADN es un polímero formado por la unión de desoxirribonucleotidos. Estos son los desoxinucleotidos de adenina, guanina, citosina y timina. La unión de ellos se realiza mediante el enlace fosfodiester explicado anteriormente entre el azúcar de un nucleótido y el grupo fosfato del nucleótido siguiente como se observa en la figura 1.31.

El ADN está formado por dos cadenas, es decir es una molécula bicatenaria, cada una de ellas como la descrita anteriormente.

Dichas cadenas están enrolladas de forma que describen una doble hélice alrededor de un eje común por lo que se dice que el ADN tiene una estructura denominada doble hélice.

Estas cadenas se unen entre sí por puentes de hidrogeno que se establecen entre las bases nitrogenadas las cuales quedan orientadas hacia el interior de la doble hélice, mientras que los grupos fosfato y las moléculas de azúcar quedan orientadas hacia afuera en contacto con el medio acuoso formando el esqueleto externo de la molécula de ADN.

Figura 1.32: Estructura de la molécula de ADN.

Las bases nitrogenadas se unen de forma tal que siempre queda la adenina unida con la timina y la guanina con la citosina (Figura 1.32). Este fenómeno se conoce con el nombre de complementariedad de bases nitrogenadas, el cual permite la transmisión de la información genética contenida en la secuencia específica de dichas bases constituyendo el aspecto más importante de la relación estructura – función del ADN.

Ácido ribonucleico (ARN):

El ARN es una molécula mono catenaria, es decir formada por una sola cadena. Los nucleótidos que forman dicha cadena son los de adenina, guanina, citosina, uracilo y el azúcar es la ribosa. Estos nucleótidos se unen entre sí por medio del enlace fosfodiester de igual forma que en el ADN.

Existen tres tipos de ARN que son: el ARN mensajero (ARNm), el ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosomal (ARNr) (Figura 1.33). Todos los tipos de ARN se forman en el núcleo en el proceso de transcripción que tiene lugar a partir del ADN.

Figura 1.33: Estructura de los tres tipos de ARN.

El ARN desempeña diversas funciones en las células relacionadas fundamentalmente con la síntesis de proteínas:

•ARN mensajero: transporta el mensaje genético desde el núcleo al citosol.

•ARN de transferencia: se une a diferentes aminoácidos y los transporta al lugar

Donde ocurre la síntesis de proteínas.

•ARN ribosomas: es una molécula estructural que, asociada a proteínas, forma los ribosomas.

Como se puede apreciar a partir de las funciones de los ARN, los ácidos nucleicos están íntimamente ligados a la síntesis de proteínas en las células, de la secuencia de bases.

Nitrogenadas del ADN depende la secuencia de aminoácidos que posee una proteína específicas.

Historia del ADN

El ADN lo aisló por primera vez, durante el invierno de 1869, el médico suizo Friedrich Miescher mientras trabajaba en la Universidad de Tubinga. Miescher realizaba experimentos acerca de la composición química del pus de vendas quirúrgicas desechadas cuando notó un precipitado de una sustancia desconocida que caracterizó químicamente más tarde.2 3 Lo llamó nucleína, debido a que lo había extraído a partir de núcleos celulares.4 Se necesitaron casi 70 años de investigación para poder identificar los componentes y la estructura de los ácidos nucleicos.

En 1919 Phoebus Levene identificó que un nucleótido está formado por una base nitrogenada, un azúcar y un fosfato.5 Levene sugirió que el ADN generaba una estructura con forma de solenoide (muelle) con unidades de nucleótidos unidos a través de los grupos fosfato. En 1930 Levene y su maestro Albrecht Kossel probaron que la nucleína de Miescher es un ácido desoxirribonucleico (ADN) formado por cuatro bases nitrogenadas (citosina (C), timina (T), adenina (A) y guanina (G)), el azúcar desoxirribosa y un grupo fosfato, y que, en su estructura básica, el nucleótido está compuesto por un azúcar unido a la base y al fosfato.6 Sin embargo, Levene pensaba que la cadena era corta y que las bases se repetían en un orden fijo. En 1937 William Astbury produjo el primer patrón de difracción de rayos X que mostraba que el ADN tenía una estructura regular.7

Maclyn McCarty con Francis Crick y James D Watson.

La función biológica del ADN comenzó a dilucidarse en 1928, con una serie básica de experimentos de la genética moderna realizados por Frederick Griffith, quien estaba trabajando con cepas "lisas" (S) o "rugosas" (R) de la bacteria Pneumococcus (causante de la neumonía), según la presencia (S) o no (R) de una cápsula azucarada, que es la que confiere virulencia (véase también experimento de Griffith). La inyección de neumococos S vivos en ratones produce la muerte de éstos, y Griffith observó que, si inyectaba ratones con neumococos R vivos o con neumococos S muertos por calor, los ratones no morían. Sin embargo, si inyectaba a la vez neumococos R vivos y neumococos S muertos, los ratones morían, y en su sangre se podían aislar neumococos S vivos. Como las bacterias muertas no pudieron haberse multiplicado dentro del ratón, Griffith razonó que debía producirse algún tipo de cambio o transformación de un tipo bacteriano a otro por medio de una transferencia de alguna sustancia activa, que denominó principio transformante. Esta sustancia proporcionaba la capacidad a los neumococos R de producir una cápsula azucarada y transformarse así en virulentas. En los siguientes 15 años, estos experimentos iniciales se replicaron mezclando distintos tipos de cepas bacterianas muertas por el calor con otras vivas, tanto en ratones (in vivo) como en tubos de ensayo (in vitro).8 La búsqueda del «factor transformante» que era capaz de hacer virulentas a cepas que inicialmente no lo eran continuó hasta 1944, año en el cual Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty realizaron un experimento hoy clásico. Estos investigadores extrajeron la fracción activa (el factor transformante) y, mediante análisis químicos, enzimáticos y serológicos, observaron que no contenía proteínas, ni lípidos no ligados, ni polisacáridos activos,

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