ÁCIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos son grandes biomoléculas que contienen siempre C, H, O, N y P, y están formadas por la repetición de una molécula unidad compleja que se llama nucleótido.
Son las moléculas encargadas de almacenar, transmitir y expresar la información genética, es decir, la información necesaria para la síntesis de proteínas.
1. Nucleótidos.
El nucleótido es una molécula compuesta por otras tres:
1. Una pentosa, que puede ser:
Ribosa
Desoxirribosa
2. Un ácido fosfórico
3. Una base nitrogenada, que se clasifican en púricas y pirimidínicas,
y son estas cinco:
Adenina
Guanina
Citosina
Timina
Uracilo
La unión de una base nitrogenada y una pentosa da lugar a una molécula llamada nucleósido. Esta unión se realiza mediante un enlace N-glucosídico que se establece entre el C1 de la pentosa y un nitrógeno de la base (el N1 si es pirimidínica, o el N9 si es púrica) con la pérdida de una molécula de agua.
Los ácidos nucleicos están
formados por largas cadenas de nucleótidos, enlazados entre sí por el grupo
fosfato mediante un enlace
fosfodiester entre el C5 de
un nucleótido y el carbono C3 del siguiente con pérdida de una molécula de
agua. Los ácidos nucleicos siempre crecen en dirección 5’ → 3’.
2.
Ácidos nucleicos
Existen dos tipos de ácidos nucleicos, el ADN y el ARN,
que se diferencian por la 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.
Otra diferencia se encuentra en la estructura de las cadenas, en el ADN es una cadena doble y en el ARN es, generalmente, una cadena sencilla.
EL ADN
El
ADN es el Ácido DesoxirriboNucleico. El ADN es la molécula
donde se almacena, de forma codificada, la información genética de un
ser vivo y encargada de transmitirla a la descendencia. Su secuencia de nucleótidos
contiene la información necesaria para poder controlar el metabolismo, las
funciones vitales de un ser vivo y fabricar sus proteínas. Es un tipo de molécula
complejo.
El
estudio de su estructura se puede hacer a varios niveles, apareciendo
estructuras primaria, secundaria y niveles de empaquetamiento
superiores.
Estructura primaria: secuencia de nucleótidos.
El
ADN está compuesto por una secuencia de nucleótidos formados por desoxirribosa.
Las bases nitrogenadas que aparecen formando los nucleótidos de ADN son Adenina,
Guanina, Citosina y Timina. No aparece Uracilo.
Los
nucleótidos se unen entre sí mediante el grupo fosfato del segundo nucleótido,
que sirve de puente de unión entre el carbono 5' del primer nucleótido y el
carbono 3' de siguiente nucleótido.
Como el primer nucleótido tiene libre el carbono 5' y el siguiente nucleótido tiene libre el carbono 3', se dice que la secuencia de nucleótidos se ordena desde 5' a 3' (5' → 3').
La
información genética está contenida en el orden exacto de los nucleótidos
Estructura secundaria: modelo de Watson y Crick.
La
estructura secundaria del ADN fue propuesta por James Watson y Francis Crick, a
partir de los datos aportados por otros investigadores, como Chargaff, Franklin
y Wilkins:
§ El ADN es una molécula larga y rígida, no plegada como las proteínas.
§ En la molécula hay detalles estructurales repetidos cada 0,34 y cada 3,4 nm.
§ Para una misma especie, el contenido en bases púricas es igual al de pirimidínicas, o dicho de otra forma: A + G = T + C (regla de Chargaff).
El
modelo de Watson y Crick fue propuesto en 1953 y era compatible con todos estos
datos y, además, permitía comprender el funcionamiento del ADN en la transmisión
de la información genética:
ü El ADN es una doble hélice formada por dos cadenas de nucleótidos enrolladas alrededor de un eje imaginario. Sería algo semejante a una escalera de caracol donde las bases nitrogenadas se encontrarían situadas en el interior, formando los escalones; y las cadenas formadas por la pentosa y el ácido fosfórico sería los pasamanos.
ü El enrollamiento es dextrógiro y plectonémico.
ü 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 nucleótidos, lo cual representa una longitud de 3,4 nm por vuelta de hélice.
ü
Las dos cadenas de nucleótidos son antiparalelas
(orientadas en sentidos opuestos) y complementarias (cuando en una hebra
encontramos adenina, en la otra hebra encontramos timina; cuando en una hebra
encontramos guanina, en la otra encontramos citosina). La complementaridad entre
las bases nitrogenadas se establece mediante puentes de hidrógeno.
Complementaridad
de bases
El modelo que se describe corresponde a un ADN de la forma B, que fue considerado único durante mucho tiempo. Hoy día se conocen dos formas más: la forma A y la forma Z. Son poco habituales y sólo se dan en los seres vivos bajo algunas condiciones determinadas.
El
ADN es una molécula muy larga en algunas especies y, sin embargo, en las células
eucariotas se encuentra alojado dentro del minúsculo núcleo. El ADN se une a
proteínas básicas llamadas histonas para compactarse mucho.
La
unión con histonas genera la estructura denominada nucleosoma. Cada
nucleosoma está compuesto un octámero de histonas. Cada tipo de histona
se presenta en número par.
El
conjunto de la estructura así enrollada se denomina fibra de cromatina de
100Å, que tiene un aspecto repetitivo en forma de collar de perlas
donde las perlas serían los nucleosomas.
La particularidad más importante del ADN es la capacidad que tiene de hacer copias o réplicas de sí mismo. Este proceso es fundamental para la transferencia de la información genética de generación en generación.
La replicación es el proceso por el cual el DNA se copia para poder ser transmitido a nuevos individuos.
Con el modelo de la doble hélice de Watson y Crick se desarrolló la
idea de que las hebras originales debían servir de patrón para hacer la copia.
Había tres posibles modelos de replicación:
1.
Modelo conservativo: Proponía
que tras la replicación se mantenía la molécula original de DNA intacta,
obteniéndose una molécula idéntica de DNA completamente nueva, es decir, con
las dos hebras nuevas.
2. Modelo semiconservativo: Se obtienen dos moléculas de DNA hijas, formadas ambas por una hebra
original y una hebra nueva.
3. Modelo dispersivo:
El resultado final son dos moléculas nuevas formadas por hebras en las que se
mezclan al azar fragmentos originales con nuevos.
Meselson y Stahl demostraron en 1958 que el modelo válido era el semiconservativo.
En el mecanismo básico de replicación del ADN actúan los siguientes
elementos:
Aunque existen pequeñas variaciones entre procariotas y eucariotas, el
mecanismo de replicación sigue los siguientes pasos:
§ En el ADN eucariota se producen muchos desenrollamientos a lo largo de la molécula, formándose zonas abiertas que reciben el nombre de horquillas o burbujas de replicación, donde comenzará la síntesis.
§ La ARN-polimerasa fabrica pequeños fragmentos de RNA complementarios del DNA original. Son los llamados "primers" o cebadores de unos 10 nucleótidos, a los cuáles se añadirán desoxirribonucleótidos.
§ La ADN-polimerasa III añade los desoxirribonucleótidos al extremo 3’ (sentido 5’ → 3’), alargándose la hebra.
§ En las horquillas de replicación siempre hay una hebra que se sintetiza de forma continua, la llamada hebra conductora, y la otra que se sintetiza en varios fragmentos, los denominados fragmentos de Okazaki y que se conoce como hebra seguidora.
§ La ADN-ligasa va uniendo todos los fragmentos de DNA a la vez que elimina los ribonucleótidos de los cebadores.
§ La ADN-polimerasa III detecta nucleótidos erróneos, las endonucleasas cortan estos nucleótidos y la ADN-polimerasa I rellena el vacío dejado por la eliminación de los nucleótidos incorrectos.
§ A medida que se van sintetizando las hebras y uniendo los fragmentos se origina la doble hélice, de forma que al finalizar el proceso se liberan dos moléculas idénticas de DNA, con una hebra antigua y otra nueva.
ÁCIDOS RIBONUCLEICOS
Los ARN son polinucleótidos de una sola cadena (excepto en algunos
virus) de ribosa, que se dispone en estructura primaria, aunque a veces forma
estructuras secundarias o terciarias. La presencia de un oxígeno en la posición 2’ de la ribosa dificulta
que se forme la doble cadena tal y como se forma en el ADN. En lugar de timina
contiene uracilo.
El filamento de ARN se puede enrollar sobre sí mismo mediante la
formación de pares de bases en algunas secciones de la molécula.
El tamaño de las moléculas de ARN es mucho menor que las del ADN.
En la célula aparecen cuatro tipos de ARN, cada uno con distinta función, que son: el ARN mensajero, el ARN ribosómico, el ARN de transferencia (o ARN transfer) y el ARN heteronuclear.
ARN mensajero (ARNm)
Se
forma en el núcleo celular, a partir de una secuencia de ADN. Luego, sale del núcleo
y se asocia a ribosomas, donde se construye la proteína.
Cada tres nucleótidos (codon) corresponde a un aminoácido distinto. Así, la secuencia de aminoácidos de la proteína está configurada a partir de la secuencia de los nucleótidos del ARNm.
ARN ribosómico (ARNr)
El
ARN ribosómico, o ribosomal, unido a proteínas, forma los ribosomas.
Los ribosomas son las estructuras celulares donde se ensamblan aminoácidos para
formar proteínas, a partir de la información que transmite el ARN mensajero.
El
ARNr adquiere una estructura secundaria al plegarse sobre sí mismo y formar
bucles.
Hay
dos tipos de ribosomas, uno que se encuentra en células procariotas y en
el interior de mitocondrias y cloroplastos; y otro que se encuentra en el
hialoplasma o en el retículo endoplásmico de células eucariotas.
ARN de transferencia o transfer (ARNt)
El
ARN de transferencia es un ARN no lineal, en el que se pueden observar tramos de
doble hélice intracatenaria, es decir, entre las bases que son complementarias,
dentro de la misma cadena. Esta estructuras se estabiliza mediante puentes de
hidrógeno.
Además
de los nucleótidos de adenina, guanina, citosina y uracilo, el ARN de
transferencia presenta otros nucleótidos con bases modificadas. Estos
nucleótidos no pueden emparejarse, y su existencia genera puntos de apertura en
la hélice, produciendo bucles.
En
el ARNt se distinguen tres tramos (brazos). En uno de ellos (1 en la
figura), aparece una secuencia de tres nucleótidos, denominada anticodon.
Esta secuencia es complementaria con una secuencia del ARNm, el codon. En
el brazo opuesto (2 en la figura), en el extremo 3’ de la cadena, se
une un aminoácido específico de la secuencia de anticodon.
La
función del ARNt consiste en unirse en el ribosoma a la secuencia
complementaria del ARNm, mediante el anticodon. A la vez, transfiere el aminoácido
correspondiente a la secuencia de aminoácidos que está formándose en el
ribosoma.
ARN
heteronuclear (ARNhn)
El
ARN heteronuclear, o heterogéneo nuclear, agrupa a todos los tipos de ARN
que acaban de ser transcritos (pre-ARN).
Son
moléculas de diversos tamaños.
El
ARNhn se encuentra en el núcleo de las células eucariotas. En células
procariotas no aparece.
Su
función consiste en ser el precursor de los distintos tipos de
ARN.
3.
Diferencias entre el ADN y el ARN
|
|
ADN |
ARN |
|
Tamaño |
- Muy grande |
- Pequeño |
|
Estructura |
-
Bicatenario (doble cadena) excepto en ciertos virus |
-
Monocatenario (1 cadena)(excepto en ciertos virus) |
|
Disposición |
- Abierta (eucariotas) |
- Abierta
(normalmente) |
|
Tipo de
pentosa |
-
Desoxirribosa |
- Ribosa |
|
Bases
nitrogenadas |
- A, C, G, T |
- A, C, G, U |
|
Función |
-Duplicación (reproducción) |
- Traducción
(formación de proteínas) |