Ácidos Nucleicos
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 ácida se le llamó en un principio nucleína, por encontrarse en el núcleo de las células.
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; este nombre se debió al hecho de ser ácidos y de haberse encontrado por primera vez en el núcleo eucariótico, es decir son las unidades de la herencia; sin embargo, ciertos ácidos nucleicos no se encuentran en el núcleo de la célula, sino en el citoplasma celular. Estas unidades están asociadas a proteínas e histonas formando la cromatina, la cual es una sustancia que constituye a los cromosomas y a partir de la cual se transcribe la información genética. (3)
En los años 30, Kossel comprobó que tenían una estructura bastante compleja, y para el año 1953, James Watson y Francis Crick (figura.1), descubrieron la estructura tridimensional de uno de estos ácidos, concretamente del ácido desoxirribonucleico (ADN).(1)
Los ácidos nucleicos son las sustancias fundamentales de los seres vivos, es decir están presentes en todos los seres vivos, sin embargo algunos virus sólo contienen ARN y otros en caso contrario, sólo poseen ADN. El conocimiento de la estructura de los ácidos nucleicos permitió que el código genético fuera descifrado; es decir, que se llevara a cabo la determinación del mecanismo y control de la síntesis de las proteínas, y el mecanismo de transmisión de la información genética de una generación a la siguiente.
Determinando así que, tanto la molécula de ARN como la molécula de ADN tienen una estructura de forma helicoidal. Y que la secuencia de estas moléculas a lo largo de la cadena determina el código de cada ácido nucleico particular. A su vez, este código indica a la célula cómo reproducir un duplicado de sí misma o las proteínas que necesita para su supervivencia. Por lo tanto, se han identificado al menos dos funciones fundamentales de los ácidos nucleicos: transmitir las características hereditarias de una generación a la siguiente y dirigir la síntesis de proteínas específicas. Esto constituye el dogma central de la biología, y se podría representar así:
ADN --------> ARN ---------> PROTEINAS
replicación --> transcripción --> traducción
replicación --> transcripción --> traducción
El ADN dirige su propia replicación y su transcripción o síntesis a ARN, el cual a su vez dirige su traducción a proteínas. La replicación y la transcripción difieren en un aspecto muy importante, durante la replicación se copia el cromosoma de ADN completo, pero la transcripción es selectiva, se puede regular. Se define como transcripción al proceso a través del cual se forma el ARN a partir de la información del ADN con la finalidad de sintetizar proteínas, es decir, realizar la traducción.
Se podría decir que el ADN sería la copia de la información genética, que permanece en reserva dentro del núcleo y que el ARN, en cambio, sería la copia de trabajo de la información genética. (2)
Referencias:
(1). BBC Mundo. Ciencia. 2004. Fecha de consulta: 13/ marzo/2011. Disponible en: http://news.bbc.co.uk/hi/spanish/science/newsid_3938000/3938227.stm
(2). Vicente Gil. Ácidos Nucleicos: Replicación y Transcripción. Fecha de consulta: 2/abril/2011. Disponible en: www.contraclave.org/biologia/acidos.PDF
(3) Universidad del País de Vasco. Ácidos Nucleicos. Fecha de consulta: 27 /marzo/2011. Disponible en: http://www.ehu.es/biomoleculas/1b/pdf/acidosn.pdf
Ácidos Nucleicos, estructura y composición.
Los ácidos nucleicos son macromoléculas complejas de mucha importancia biológica, portadoras de la información genética formadas por la unión de nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster, formando largas cadenas que pueden alcanzar tamaños muy grandes.
El término “nucleótido”, se refiere a pequeños compuestos orgánicos, portadores de energía, activadores de enzimas y mensajeros, son mayores que las de casi todas las proteínas y de elevado peso molecular. Además son los componentes estructurales de los ácidos nucleicos, como los aminoácidos son de las proteínas y los monosacáridos son de los polisacáridos. Las unidades estructurales de las proteínas y de los polisacáridos, no son fáciles de descomponer en otras más sencillas, sin embargo, las unidades estructurales de los ácidos nucleicos, es decir, los nucleótidos, sí se pueden descomponer gracias a la hidrólisis en una mezcla de un azúcar, un ácido fosfórico y una base nitrogenada. (1)
Cada nucleótido posee carbono, hidrogeno, nitrógeno y fosforo, y está formado por tres subunidades: un grupo fosfato, un azúcar (pentosa, cinco carbonos) y una base nitrogenada enlazadas de modo característico (figura. 2); esta última tiene las propiedades de una base y además contiene nitrógeno. Las bases nitrogenadas son las que contienen la información genética y los azúcares y fosfatos cumplen con función estructural, es decir, forman el esqueleto del polinucleótido. (3)
Los nucleótidos, son los constituyentes de los ácidos nucleicos; un nucleótido se forma cuando al carbono 5 de la pentosa del nucleósido se le agrega un ácido fosfórico, por medio de enlaces conocidos como: enlaces tipo fosfodiéster (figura. 3); estos enlaces son entre el ácido fosfórico unido al carbono 5’ de la pentosa y el grupo hidroxilo del carbono 3’ de la pentosa del otro nucleótido.
Cuando dos nucleótidos se unen mediante un enlace fosfodiéster el dinucleótido que resulta conserva un grupo 5’ fosfato libre en un extremo que pueda reaccionar con el grupo hidroxilo 3’ de otro nucleótido y un grupo hidroxilo libre que puede reaccionar con el grupo 5’ fosfato de otro nucleótido. Esto permite que mediante puentes fosfodiéster se puedan alcanzar largas cadenas lineales de nucleótidos que siempre tendrán en un extremo un grupo 5’ fosfato libre y en el otro un grupo hidroxilo 3’ libre. (3).
Un compuesto formado por diez nucleótidos se llama oligonucleótido y si es superior recibe el nombre de polinucleótidos. Las cadenas de polinucleótidos tienen miles de unidades monómeras unidas por medio de puentes fosfodiéster.
Un compuesto formado por diez nucleótidos se llama oligonucleótido y si es superior recibe el nombre de polinucleótidos. Las cadenas de polinucleótidos tienen miles de unidades monómeras unidas por medio de puentes fosfodiéster.
Al igual que se definió la estructura de las proteínas como una secuencia de aminoácidos, del mismo modo se podría decir que la estructura primaria de los ácidos nucleicos es su secuencia de nucleótidos. (1)
Las bases nitrogenadas, son sustancias derivadas de compuestos químicos llamados purina y pirimida (Figura.4) ; las derivadas de la purina, más conocidas como púricas, son la adenina y la guanina, y las derivadas de las pirimidas, conocidas como pirimídicas, son la timina, citosina y uracilo. Estas bases participan en la formación de los puentes de hidrógeno, lo cual es vital para que se realice la función biológica de los ácidos nucleicos. (2)
Los azúcares o glúcidos presentes, se denominan desoxirribosa y ribosa (Figura.5); son aldopentosas y la diferencia de estas dos radica en que en el carbono 2 de la desoxirribosa hay un oxígeno menos que en el carbono 2 de la ribosa, de ahí su nombre: des-oxi-ribosa. (2)
La unión por el azúcar y la base nitrogenada se denomina nucleósido. Este ocurre cuando se une un carbono 1 del azúcar y el nitrógeno (1 si es pirimídica ó 9 si es púrica) de la base nitrogenada, formándose una molécula de agua, este recibe el nombre de enlace glucosídico (Figura.7). (3)
Existen dos tipos de nucleósidos: ribonucleósidos (contienen ribosa) y desoxirribonuclóosidos (contienen desoxirribosa) (Figura.8). Los ribonucleosidos están compuestos de timina, citosina y uracilo y los desoxirribonucleósidos, contienen guanina y adenina. Estos no se encuentran libres, ya que son el producto intermediario de las reacciones metabólicas de los nucleótidos. (3)
Referencias:
(3) Anónimo. Tema 9: Ácidos Nucleicos. Fecha de consulta: 20/ febrero/ 2011. Disponible en: http://www.bionova.org.es/biocast/documentos/tema09.pdf
(2) Lena Wu Rivas, José A. Tavárez R. Mayo 2004. Departamento Ciencias Fisiológicas. “Ácidos Nucleicos”. Fecha de consulta: 12/marzo/2011. Disponible en: http://www.pucmmsti.edu.do/cienciasfisiologicas/BQMA-RB1.PDF
(1) Universidad del País de Vasco. Ácidos Nucleicos. Fecha de consulta: 27 /marzo/2011. Disponible en: http://www.ehu.es/biomoleculas/1b/pdf/acidosn.pdf
Tipos de ácidos Nucleicos.
Los nucleótidos, son los principales realizadores de funciones en las células. Los enlaces que unen los nucleótidos-di y trifosfato, poseen grandes cantidades de energía, la cual es indispensable para su formación, y es liberada por medio de hidrólisis. Esto les permite actuar como transportadores de energía; un ejemplo de esto es el ATP (adenosina de trifosfato), el cual es transportador de energía y representa a uno de los tantos nucleótidos de interés biológico.(5).
Este nucleótido ATP (Figura.4) tiene una hilera de tres grupos de fosfato unidos al azúcar, puede transferir fácilmente el grupo fosfato más externo a muchas otras moléculas que la requieran. Estas transferencias son vitales para el metabolismo.
El ATP puede ser sustituido por otras moléculas transportadoras de energía como lo son: GTP, CTP y UTP. Existen nucleótidos que cumplen reacciones metabólicas diferentes y algunos son coenzimas, las cuáles son necesarias para la función enzimática. Estos trasladan electrones e hidrógeno de un sitio de reacción a otro, entre ellos se mencionan NAD+, NADP+ y FAD+. Otros nucleótidos son los principales mensajeros químicos; uno de ellos es el cAMP (monofosfato cíclico de adenosina), el cual interviene en procesos hormonales al transmitir al citoplasma señales dentro de las células y fuera de ellas. (4)
Hay nucleótidos que también funcionan como monómeros en las moléculas de cadena sencilla y doble. Existen dos tipos principales de ácidos nucleicos, los cuales son los responsables de almacenar y recuperar la información genética: ácido ribonucleico (ARN) el cual se encuentra especialmente en el nucléolo y ribosomas, y acido desoxirribonucleico (ADN), el cual es el principal depósito de información biológica y se encuentra en los cromosomas del núcleo de la célula.
La diferencia en cuanto a composición de estos dos tipos de ácidos nucleicos está en el tipo de pentosa y bases nitrogenadas características de cada uno. (3)
Ácido Desoxirribonucleico (ADN)
Cada nucleótido de ADN está fundamentalmente compuesto de fosfato, las bases nitrogenadas purinas: adenina y guanina, las bases nitrogenadas pirimidas: timina y citosina y el azúcar desoxirribosa (se diferencia de la ribosa porque le hace falta un oxígeno). El ADN está formado por la unión de muchos desoxirribonucleótidos unidos entre sí por puentes de hidrógeno específicos entre las bases de las dos hebras, adenina sólo se asocia con Timina y Guanina sólo se asocia con Citosina, a esto se le denomina apareamiento de bases; esta secuencia actúa como un alfabeto molecular almacenando toda la información genética del individuo (Figura.9).
Cada molécula de ADN tiene una estructura de forma helicoidal. Las bases se encuentran acomodadas hacia el eje de la doble hélice, el azúcar y los fosfatos se encuentran hacia el exterior de la molécula. (Figura. 9). (1)
Ácido Ribonucleico (ARN).
Los nucleótidos de ARN conservan las mismas bases purinas pero existe un cambio en las bases pirimidas, ya que la timina cambia por el uracilo cuando; igual que cada nucleótido del ADN presenta un grupo fosfato y un glúcido, que en este caso sería el azúcar ribosa. Es un filamento de una sola cadena, no forma doble hélice.
La presencia de un oxígeno en la posición 2' de la ribosa impide que se forme la doble cadena de la manera en que se forma en el ADN. El filamento de ARN se puede enrollar sobre sí mismo mediante la formación de pares de bases en algunas secciones de la molécula. (Figura. 11).
Por último, se puede decir que existen tres tipos de ARN, los cuales tienen funciones distintas pero entrelazadas unas con otras. El ARN mensajero contiene la información para dirigir la síntesis de una o más proteínas específicas, es decir, actúa como vehículo de transporte de información genética entre el ADN y las proteínas. El ARN de transferencia interviene en la síntesis de proteínas, es complemento del ARN mensajero. Cada ARN tiene una secuencia de tres nucleóditos llamada anticodón, la cual resulta clave para la síntesis de proteínas. Y sin dejar de lado, se encuentra el ARN ribosomal, el cual es el más abundante en las células. Los ribosomas, formados por proteínas y ARN ribosomal, participan activamente en la lectura de la molécula de ARN mensajero para sintetizar las proteínas contenidas en la secuencia de codones del ARN mensajero. (1)
Referencias:
(3) Anónimo. Tema 9: Ácidos Nucleicos. Fecha de consulta: 20/ febrero/ 2011. Disponible en: http://www.bionova.org.es/biocast/documentos/tema09.pdf
(1) J. L. Sánchez Guillén. La información celular: Ácidos Nucleicos. En línea. Fecha de consulta: 23 /marzo/2011. Disponible en: http://www.iespando.com/web/departamentos/biogeo/2BCH/PDFs/14ADN.pdf
(2) Lena Wu Rivas, José A. Tavárez R. Mayo 2004. Departamento Ciencias Fisiológicas. “Ácidos Nucleicos”. Fecha de consulta: 12/marzo/2011. Disponible en: http://www.pucmmsti.edu.do/cienciasfisiologicas/BQMA-RB1.PDF
(4) Universidad del País de Vasco. Ácidos Nucleicos. Fecha de consulta: 27 /marzo/2011. Disponible en: http://www.ehu.es/biomoleculas/1b/pdf/acidosn.pdf
(5). Vicente Gil. Ácidos Nucleicos: Replicación y Transcripción. Fecha de consulta: 2/abril/2011. Disponible en: www.contraclave.org/biologia/acidos.PDF
Publicado por:
María Laura Hernández Martínez
Universidad Internacional de las Américas
I cuatrimestre 2011
