Generalidad
Los ácidos nucleicos son las grandes moléculas biológicas de ADN y ARN, cuya presencia y buen funcionamiento, dentro de las células vivas, son fundamentales para la supervivencia de estas últimas.
Un ácido nucleico genérico se deriva de la unión, en cadenas lineales, de un gran número de nucleótidos.
Figura: molécula de ADN.
Los nucleótidos son moléculas pequeñas, en cuya constitución participan tres elementos: un grupo fosfato, una base nitrogenada y un azúcar de 5 carbonos.
Los ácidos nucleicos son vitales para la supervivencia de un organismo, ya que cooperan en la síntesis de proteínas, moléculas esenciales para la correcta implementación de los mecanismos celulares.
El ADN y el ARN difieren entre sí en algunos aspectos.
Por ejemplo, el ADN tiene dos cadenas de nucleótidos antiparalelas y tiene desoxirribosa como un azúcar de 5 carbonos. El ARN, por otro lado, generalmente tiene una sola cadena de nucleótidos y posee ribosa como un azúcar con 5 átomos de carbono.
¿Qué son los ácidos nucleicos?
Los ácidos nucleicos son las macromoléculas biológicas ADN y ARN, cuya presencia, en el interior de las células de los seres vivos, es fundamental para la supervivencia y correcto desarrollo de estas últimas.
Según otra definición, los ácidos nucleicos son biopolímeros resultantes de la unión, en largas cadenas lineales, de un gran número de nucleótidos.
Un biopolímero, o polímero natural, es un gran compuesto biológico formado por unidades moleculares que son todas iguales, que se denominan monómeros.
ÁCIDOS NUCLEICOS: ¿QUIÉN ESTÁ EN POSESIÓN?
Los ácidos nucleicos residen no solo dentro de las células de organismos eucariotas y procariotas, sino también en formas de vida acelulares, como virus, y en orgánulos celulares, como mitocondrias y cloroplastos.
Estructura general
Según las definiciones anteriores, los nucleótidos son las unidades moleculares que componen el ADN y el ARN de los ácidos nucleicos.
Por tanto, representarán el tema principal de este capítulo, dedicado a la estructura de los ácidos nucleicos.
ESTRUCTURA DE UN NUCLEÓTIDO GENÉRICO
Un nucleótido genérico es un compuesto de naturaleza orgánica, resultado de la unión de tres elementos:
- Un grupo fosfato, que es un derivado del ácido fosfórico;
- Una pentosa, es decir, un azúcar con 5 átomos de carbono;
- Una base nitrogenada, que es una molécula heterocíclica aromática.
La pentosa representa el elemento central de los nucleótidos, ya que el grupo fosfato y la base nitrogenada se unen a él.
Figura: Elementos que componen un nucleótido genérico de un ácido nucleico. Como puede verse, el grupo fosfato y la base nitrogenada se unen al azúcar.
El enlace químico que une la pentosa y el grupo fosfato es un enlace fosfodiéster, mientras que el enlace químico que une la pentosa y la base nitrogenada es un enlace N-glicosídico.
¿CÓMO PARTICIPA LA PENTOSA EN LOS DISTINTOS VÍNCULOS CON LOS OTROS ELEMENTOS?
Premisa: los químicos han pensado en numerar los carbonos que componen las moléculas orgánicas de forma que se simplifique su estudio y descripción. Aquí, entonces, los 5 carbonos de una pentosa se convierten en: carbono 1, carbono 2, carbono 3, carbono 4 y carbono 5.
El criterio de asignación de números es bastante complejo, por lo que consideramos oportuno omitir la explicación.
De los 5 carbonos que forman la pentosa de los nucleótidos, los implicados en los enlaces con la base nitrogenada y el grupo fosfato son, respectivamente, el carbono 1 y el carbono 5.
- Pentosa carbono 1 → enlace N-glicosídico → base de nitrógeno
- Pentosa carbono 5 → enlace fosfodiéster → grupo fosfato
¿QUÉ TIPO DE ENLACE QUÍMICO QUE UNE LOS NUCLEÓTIDOS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS?
Figura: Estructura de una pentosa, numeración de sus carbonos constituyentes y enlaces con base de nitrógeno y grupo fosfato.
Al componer los ácidos nucleicos, los nucleótidos se organizan en largas cadenas lineales, más conocidas como filamentos.
Cada nucleótido que forma estas hebras largas se une al siguiente nucleótido por medio de un enlace fosfodiéster entre el carbono 3 de su pentosa y el grupo fosfato del nucleótido inmediatamente siguiente.
LAS EXTREMIDADES
Las hebras de nucleótidos (o hebras de polinucleótidos), que forman los ácidos nucleicos, tienen dos extremos, conocidos como 5 "extremo (lea" cinco primos ") y 3" extremo (lea "tres primos"). Por convención, los biólogos y genetistas han establecido que el "extremo 5" representa la cabeza de una hebra que forma un ácido nucleico, mientras que el "extremo 3" representa su cola.
Desde el punto de vista químico, el "extremo 5" de los ácidos nucleicos coincide con el grupo fosfato del primer nucleótido de la cadena, mientras que el "extremo 3" de los ácidos nucleicos coincide con el grupo hidroxilo (OH) del carbono 3 del último nucleótido.
Es sobre la base de esta organización que, en los libros de genética y biología molecular, las cadenas de nucleótidos de un ácido nucleico se describen de la siguiente manera: P-5 "→ 3" -OH.
* Nota: la letra P indica el átomo de fósforo del grupo fosfato.
Aplicando los conceptos de extremo 5 "y extremo 3" a un solo nucleótido, el "extremo 5" de este último es el grupo fosfato unido al carbono 5, mientras que su extremo 3 "es el grupo hidroxilo unido al carbono 3.
En ambos casos, s "invita al lector a prestar atención a la recurrencia numérica: extremo 5" - grupo fosfato en el carbono 5 y extremo 3 "- grupo hidroxilo en el carbono 3.
Función general
Los ácidos nucleicos contienen, transportan, descifran y expresan información genética en proteínas.
Compuesto por aminoácidos, las proteínas son macromoléculas biológicas, que juegan un papel fundamental en la regulación de los mecanismos celulares de un organismo vivo.
La información genética depende de la secuencia de nucleótidos, que forman las cadenas de ácidos nucleicos.
Indicios de historia
El mérito del descubrimiento de los ácidos nucleicos, que tuvo lugar en 1869, es del médico y biólogo suizo Friedrich Miescher.
Miescher hizo sus hallazgos mientras estudiaba el núcleo celular de los leucocitos, con la intención de comprender mejor su composición interna.
Los experimentos de Miescher supusieron un punto de inflexión en el campo de la biología molecular y la genética, ya que iniciaron una serie de estudios que llevaron a la identificación de la estructura del ADN (Watson y Crick, en 1953) y del ARN, al conocimiento de los mecanismos de herencia genética y la identificación de los procesos precisos de síntesis de proteínas.
ORIGEN DEL NOMBRE
Los ácidos nucleicos tienen este nombre, porque Miescher los identificó dentro del núcleo de los leucocitos (núcleo - nucleico) y descubrió que contenían el grupo fosfato, un derivado del ácido fosfórico (derivado del ácido fosfórico - ácidos).
ADN
Entre los ácidos nucleicos conocidos, el ADN es el más famoso, ya que representa el almacén de información genética (o genes) que sirven para dirigir el desarrollo y crecimiento de las células de un organismo vivo.
La abreviatura ADN significa ácido desoxirribonucleico o ácido desoxirribonucleico.
DOBLE HÉLICE
En 1953, para explicar la estructura del "ADN del ácido nucleico, los biólogos James Watson y Francis Crick propusieron el modelo -que luego resultó ser correcto- de la llamada" doble hélice ".
Según el modelo de "doble hélice", el ADN es una molécula grande, resultante de la unión de dos cadenas largas de nucleótidos antiparalelos y enrolladas entre sí.
El término "antiparalelo" indica que los dos filamentos tienen una orientación opuesta, es decir: la cabeza y la cola de un filamento interactúan, respectivamente, con la cola y la cabeza del otro filamento.
Según otro punto importante del modelo de "doble hélice", los nucleótidos del ácido nucleico del ADN poseen una disposición tal que las bases nitrogenadas se orientan hacia el eje central de cada espiral, mientras que las pentosas y los grupos fosfato forman el andamio. el último.
¿CUÁL ES LA PENTOSA DEL ADN?
La pentosa que forma los nucleótidos del ácido nucleico del ADN es la desoxirribosa.
Este azúcar de 5 carbonos debe su nombre a la falta de oxígeno en el carbono 2. Después de todo, desoxirribosa significa "libre de oxígeno".
Figura: desoxirribosa.
Debido a la presencia de desoxirribosa, los nucleótidos del ácido nucleico del ADN se denominan desoxirribonucleótidos.
TIPOS DE NUCLEÓTIDOS Y BASES DE NITRÓGENO
El ácido nucleico del ADN tiene 4 tipos diferentes de desoxirribonucleótidos.
Para distinguir los 4 tipos diferentes de desoxirribonucleótidos es solo la base nitrogenada, ligada a la formación del grupo pentosa-fosfato (que a diferencia de la base nitrogenada nunca varía).
Por razones obvias, por tanto, las bases nitrogenadas del ADN son 4, concretamente: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).
La adenina y la guanina pertenecen a la clase de purinas, compuestos heterocíclicos aromáticos de doble anillo.
La citosina y la timina, por otro lado, entran en la categoría de pirimidinas, compuestos heterocíclicos aromáticos de un solo anillo.
Con el modelo de "doble hélice", Watson y Crick también explicaron cuál es la organización de las bases nitrogenadas dentro del ADN:
- Cada base nitrogenada de un filamento se une, mediante enlaces de hidrógeno, a una base nitrogenada presente en el filamento antiparalelo, formando efectivamente un par, un apareamiento, de bases.
- El emparejamiento entre las bases nitrogenadas de los dos filamentos es muy específico, de hecho, la adenina solo se une a la timina, mientras que la citosina solo se une a la guanina.
Este importante descubrimiento indujo a los biólogos moleculares y genetistas a acuñar los términos de "complementariedad entre bases nitrogenadas" y "emparejamiento complementario entre bases nitrogenadas", para indicar la singularidad de la unión de adenina con timina y citosina con guanina. .
¿DÓNDE RESIDE DENTRO DE LAS CÉLULAS VIVAS?
En los organismos eucariotas (animales, plantas, hongos y protistas), el ácido nucleico del ADN reside dentro del núcleo de todas las células que tienen esta estructura celular.
En los organismos procariotas (bacterias y arqueas), sin embargo, el ácido nucleico del ADN reside en el citoplasma, ya que las células procariotas carecen de núcleo.
ARN
Entre los dos ácidos nucleicos existentes en la naturaleza, el ARN representa la macromolécula biológica que traduce los nucleótidos del ADN en los aminoácidos que constituyen las proteínas (proceso de síntesis de proteínas).
De hecho, el ARN de ácido nucleico es comparable a un diccionario de información genética, informado sobre el ADN de ácido nucleico.
El acrónimo ARN significa ácido ribonucleico.
DIFERENCIAS QUE LO DISTINGUEN DEL ADN
El ARN de ácido nucleico tiene varias diferencias en comparación con el ADN:
- El ARN es una molécula biológica más pequeña que el ADN, generalmente formada por una sola hebra de nucleótidos.
- La pentosa que forma los nucleótidos del ácido ribonucleico es la ribosa. A diferencia de la desoxirribosa, la ribosa tiene un átomo de oxígeno en el carbono 2.
Es debido a la presencia del azúcar ribosa que biólogos y químicos han asignado el nombre de ácido ribonucleico al ARN. - Los nucleótidos de ARN también se conocen como ribonucleótidos.
- El ARN de ácido nucleico comparte solo 3 de cada 4 bases nitrogenadas con el ADN. De hecho, en lugar de timina, tiene la base nitrogenada uracilo.
- El ARN puede residir en varios compartimentos de la célula, desde el núcleo hasta el citoplasma.
TIPOS DE ARN
Figura: ribosa.
Dentro de las células vivas, el ARN de ácido nucleico existe en cuatro formas principales: ARN de transporte (o Transferencia de ARN o ARNt), ARN mensajero (o Mensajero de ARN o ARNm), ARN ribosómico (o ARN ribosómico o ARNr) y el ARN nuclear pequeño (o pequeño ARN nuclear o snRNA).
Aunque desempeñan funciones específicas diferentes, las cuatro formas de ARN antes mencionadas cooperan con un objetivo común: la síntesis de proteínas, a partir de las secuencias de nucleótidos presentes en el ADN.
Modelos artificiales
En las últimas décadas, los biólogos moleculares han sintetizado, en el laboratorio, varios ácidos nucleicos, identificados con el adjetivo "artificial".
Entre los ácidos nucleicos artificiales merecen una mención especial: el TNA, el PNA, el LNA y el GNA.
