ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS

Definición

Los Ácidos Nucleicos son las biomoléculas portadoras de la información genética. Son biopolímeros, de elevado peso molecular, formados por otras subunidades estructurales o monómeros, denominados Nucleótidos.

Desde el punto de vista químico, los ácidos nucleicos son macromoléculas formadas por polímeros lineales de nucleótidos, unidos por enlaces éster de fosfato, sin periodicidad aparente.

De acuerdo a la composición química, los ácidos nucleicos se clasifican en Ácidos Desoxirribonucleicos (ADN) que se encuentran residiendo en el núcleo celular y algunos organelos, y en Ácidos Ribonucleicos (ARN) que actúan en el citoplasma.

Los ácidos nucleicos están formados por largas cadenas de nucleótidos, enlazados entre sí por el grupo fosfato. El grado de polimerización puede llegar a ser altísimo, siendo las moléculas más grandes que se conocen, con moléculas constituídas por centenares de millones de nucleótidos en una sola estructura covalente. De la misma manera que las proteínas son polímeros lineales aperiódicos de aminoácidos, los ácidos nucleicos lo son de nucleótidos. La aperiodicidad de la secuencia de nucleótidos implica la existencia de información. De hecho, sabemos que los ácidos nucleicos constituyen el depósito de información de todas las secuencias de aminoácidos de todas las proteínas de la célula. Existe una correlación entre ambas secuencias, lo que se expresa diciendo que ácidos nucleicos y proteínas son colineares; la descripción de esta correlación es lo que llamamos Código Genético, establecido de forma que a una secuencia de tres nucleótidos en un ácido nucleico corresponde un aminoácido en una proteína.

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Son las moléculas que tienen la información genética de los organismos y son las responsables de su transmisión hereditaria. El conocimiento de la estructura de los ácidos nucleicos permitió la elucidación del código genético, la determinación del mecanismo y control de la síntesis de las proteínas y el mecanismo de transmisión de la información genética de la célula madre a las células hijas.

Existen dos tipos de ácidos nucleicos, ADN y ARN, que se diferencian por el azúcar (Pentosa) que llevan: desoxirribosa y ribosa, respectivamente. Además se diferencian por las bases nitrogenadas que contienen, Adenina, Guanina, Citosina y Timina, en el ADN; y Adenina, Guanina, Citosina y Uracilo en el ARN. Una última diferencia está en la estructura de las cadenas, en el ADN será una cadena doble y en el ARN es una cadena sencilla

Un poco de historia…

El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Meischer (1869), el cual trabajando con leucocitos y espermatozoides de salmón, obtuvo una sustancia rica en carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y un porcentaje elevado de fósforo. A esta sustancia se le llamó en un principio Nucleína, por encontrarse en el núcleo.

Años más tarde, se fragmentó esta nucleína, y se separó un componente proteico y un grupo prostético, este último, por ser ácido, se le llamó Ácido Nucleico.

En los años 30, Kossel comprobó que tenían una estructura bastante compleja.

En 1953, James Watson y Francis Crick, descubrieron la estructura tridimensional de uno de estos ácidos, concretamente del Ácido Desoxirribonucleico (ADN).

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BASES PÚRICAS Y PIRIMIDÍNICAS

Definición

Las Bases Nitrogenadas son las que contienen la información genética. En el caso del ADN las bases son dos Purinas y dos Pirimidinas. Las purinas son A (Adenina) y G (Guanina). Las pirimidinas son T (Timina) y C (Citosina). En el caso del ARN también son cuatro bases, dos purinas y dos pirimidinas. Las purinas son A y G y las pirimidinas son C y U (Uracilo).

Como son aromáticas, tanto las bases púricas como las pirimidínicas son planas, lo cual es importante en la estructura de los ácidos nucleicos.

También son insolubles en agua y pueden establecer interacciones hidrófobas entre ellas; estas interacciones sirven para estabilizar la estructura tridimensional de los ácidos nucleicos. Las bases nitrogenadas absorben luz en el rango ultravioleta (250-280 nm), propiedad que se usa para su estudio y cuantificación.

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Bases púricas

Están basadas en el Anillo Purínico. Puede observarse que se trata de un sistema plano de nueve átomos, cinco carbonos y cuatro nitrógenos.

En esta imagen puede observarse como se forman Adenina y Guanina a partir de una Purina.

El anillo purínico puede considerarse como la fusión de un anillo pirimidínico con uno imidazólico.

En el siguiente cuadro se muestran los nombres de las principales purinas:

Purinas Nombre común Nombre sistemático Adenina 6-amino purina Guanina 2-amino 6-oxo purina

Las purinas que comúnmente encontramos en el ADN y ARN son Adenina y Guanina. La forma degradativa final de las purinas en los primates es el Ácido Úrico, 2,6,8-trioxo purina.

Bases pirimidínicas

Están basadas en el Anillo Pirimidínico. Es un sistema plano de seis átomos, cuatro carbonos y dos nitrógenos.

En esta imagen puede observarse como derivan Citosina, Timina y Uracilo de Pirimidina.

Las distintas bases pirimidínicas se obtienen por sustitución de este anillo con grupos oxo (=O), grupos amino (-NH2) o grupos metilo (-CH3).

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En el siguiente cuadro se muestran los nombres de las principales pirimidinas:

Pirimidinas Nombre común Nombre sistemático Citosina 2-oxo 4-amino pirimidina Uracilo 2,4 dioxo pirimidina Timina 2,4 dioxo5-metil pirimidina

Las pirimidinas que encontramos en el ADN son Citosina y Timina. En el ARN encontramos Citosina y Uracilo.

Las pirimidinas son degradadas completamente a agua, anhídrido carbónico y urea.

Bases modificadas

Además de las purinas y pirimidinas de las que hemos hablado anteriormente, es frecuente encontrar Bases Modificadas.

Entre las más abundantes encontramos: • la 5-metilcitosina, la 5-hidroximetilcitosina y la 6-Metiladenina que se han relacionado con la regulación de la expresión del DNA • la 7-metilguanina y el dihidrouracilo que forman parte de la estructura de los RNA • Hipoxantina y Xantina como intermediarios metabólicos y productos de reacción del DNA con sustancias mutagénicas.

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NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS

Nucleósidos

La unión de una base nitrogenada a una pentosa da lugar a los compuestos llamados Nucleósidos.

La unión base-pentosa se efectúa a través de un enlace glicosídico, con configuración beta (β) entre el carbono uno de ribosa o desoxirribosa, y un nitrógeno de las base, el 1 en las pirimidinas, y el 9 en las purinas, con la pérdida de una molécula de agua. Para evitar confusiones en la nomenclatura de nucleósidos y nucleótidos, los átomos de la pentosa se designan con números seguidos de un apóstrofe (1', 2', 3', 4' y 5'), para distinguirlos de los de la base, por lo que los enlaces de los nucleósidos se designan como β(1’-1) en las pirimidinas y β(1’-9) en las purinas.

La pentosa puede ser DRibosa (D-ribofuranosa), en cuyo caso hablamos de Ribonucleósidos, o bien 2-DDesoxirribosa (Ddesoxirribofuranosa), constituyendo los Desoxirribonucleósidos.

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Los nucleósidos son más solubles que las bases libres y los planos de la base y el azúcar son perpendiculares entre si.

Como el enlace glicosídico es sencillo, las bases pueden presentar dos conformaciones diferentes:

• anti cuando el plano de la base está alejada del plano de la pentosa • syn cuando las bases están sobre el plano de la pentosa

Los nucleósidos púricos pueden presentar ambas conformaciones, aunque la anti es más estable; los pirimidínicos sólo pueden existir en anti, porque el Oxígeno en el carbono 2 no permite que se forme la syn.

Veremos en la siguiente tabla las estructuras de los distintos Ribonucleósidos.

Obsérvese la nomenclatura: se utiliza el sufijo -osina sobre el nombre radical de la base en el caso de las Purinas, y el sufijo -idina en el de las Pirimidinas.

El Ribonucleósido de Timina recibe el nombre de Ribotimidina. Por su parte, el Ribonucleósido de Hipoxantina recibe el nombre de Inosina.

Por su parte, los Desoxinucleósidos se denominan con el prefijo desoxi- delante del nombre del nucleósido.

Se exceptúa el Desoxirribonucleósido de Timina, que recibe el nombre de Timidina.

RIBONUCLEÓSIDOS Base Nucleósido Pirimidinas Citosina Citidina Uracilo Uridina Timina Ribotimidina Purinas Adenina Adenosina Guanina Guanosina Hipoxantina Inosina

DESOXIRRIBONUCLEÓTIDOS Base Nucleósido Pirimidinas Citosina Desoxicitidina Uracilo Desoxiuridina Timina Timidina Purinas Adenina Desoxiadenosina Guanina Desoxiguanosina

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Nucleósidos modificados

En los tRNA existen en forma característica, nucleósidos modificados como la Seudouridina, formada por Uracilo y Ribosa unidos a través de un enlace β (1’5). También se encuentra un nucleósido de Timina y Ribosa, la Ribotimidina. Otro nucleósido presente en el tRNA es la Dihidrouridina, formado por Ribosa y Dihidrouracilo unidos por enlace β(1’-1).

En el metabolismo de las bases púricas se forma un nucleósido con Hipoxantina y Ribosa llamado Inosina.

Nucleótidos

Los nucleótidos son los ésteres fosfóricos de los nucleósidos. Están formados

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