IMPORTANCIA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

IMPORTANCIA BIOLÓGICA

Los nucleótidos son moléculas que poseen un gran interés biológico, ya que, además de constituir los ácidos nucleicos (función estructural), llevan a cabo algunas funciones básicas para los seres vivos, cuando se encuentran libres en la célula. Entre las principales funciones tenemos:

• Acumulan y proporcionan energía.

• Intervienen como coenzimas en algunas reacciones importantes.

• Actúan como mensajeros intracelulares.

IMPORTANCIA FARMACÉUTICA

Entender cómo los genes son leídos por la célula y utilizarlos para crear las proteínas crea enormes oportunidades para entender la enfermedad. Las enfermedades genéticas se producen cuando se introducen errores en los genes que el ADN lleva; esos errores crean ARN defectuoso, que crea las proteínas defectuosas que no funcionan de la manera que se espera. El cáncer es causado por un daño en el ADN o la interferencia con los mecanismos para su replicación o reparación. Mediante la comprensión de los ácidos nucleicos y sus mecánismos de acción, podemos entender cómo las enfermedades se producen y, finalmente, cómo curarlas.

ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)

¿QUÉ ES?

El ARN (ácido ribonucléico) es un ácido nucléico de cadena sencilla compuesto por los nucleótidos Adenina (A), Uracilo (U), Guanina(G) y Citosina (C). En las células sirve como intermediario de la información genética ya que copia ésta del ADN y en el citoplasma dirige la síntesis de proteínas según su secuencia de nuecleótidos. Además de este ARNm o mensajero otros tipos incluyen el ARNt o de transferencia encargado de dirigir a cada aminoácido a su lugar cuando es requerido en la síntesis proteica y el ARN r o ribosómico, que formando parte del ribosoma es esencial en la actividad enzimática de éste para generar enlaces peptídicos entre aminoácidos adyacentes en el proceso de síntesis de proteínas.

TIPOS DE ARN

ARN mensajero (ARNm)

Consiste en una molécula lineal de nucleótidos (monocatenaria), cuya secuencia de bases es complementaria a una porción de la secuencia de bases del ADN. El ARNm dicta con exactitud la secuencia de aminoácidos en una cadena polipeptídica en particular. Las instrucciones residen en tripletes de bases a las que llamamos Codones. 

ARN de transferencia (ARNt)

Tiene por función transportar aminoácidos hacia el ribosoma. En un extremo de su estructura, el ARNt posee un lugar específico para que se fije el aminoácido. En el otro extremo tiene un anticodón, formado por tres nucleótidos que se unen al codón del ARNm por puentes de hidrógeno.

ARN ribosómico (ARNr)

Se unen a proteínas para formar los ribosomas, organelas formadas por dos subunidades, una mayor y otra menor. En los ribosomas se produce la síntesis de proteínas. El ARNr se sitúa en el citoplasma, y es el tipo de ácido ribonucleico más abundante de las células. El ARN nucleolar, ubicado en el nucléolo de las eucariotas, es el precursor del ARN ribosómico.

TRANSCRIPCIÓN DE ARN

La transcripción del DNA es un mecanismo fundamental para el control celular y para la expresión de la información genética. Este mecanismo permite que la información del DNA llegue al resto de orgánulos celulares y salga del núcleo en el caso de los eucariotas. Para ello esa información debe copiarse en forma de RNA.

La TRANSCRIPCIÓN es el proceso de copia de un gen o fragmento de DNA utilizando ribonucleótidos y originándose diferentes tipos de RNA

El proceso es similar al de la replicación, con la diferencia de las enzimas y los precursores necesarios.

Elementos que intervienen

Para que se lleve a cabo la transcripción del DNA en las células se requieren los siguientes elementos: 

• DNA original que servirá de molde para ser copiado.

• RNA-polimerasa: sintetiza el RNA a partir del molde del DNA.

• Ribonucleótidos trifosfato para llevar a cabo la copia.

• Poli-A polimerasa, ribonucleoproteína pequeña nuclear, RNA-ligasa.

Mecanismo

El proceso se divide en tres etapas:

• Iniciación: La RNA-polimerasa se une a una zona del DNA previa al DNA que se quiere transcribir. A continuación se corta la hebra de DNA y se separan las dos cadenas, iniciándose el proceso de copia del DNA a transcribir; esta copia no requiere ningún cebador. Los ribonucleótidos se añaden en sentido  5'-3'.   En el caso de la  transcripción de un  gen que  codifica para una  proteína,  la RNA-polimerasa se une a una zona de control denominada PROMOTOR, que regula la actividad de la RNA-polimerasa y, por tanto, regula la expresión del gen.

• Elongación: La RNA-polimerasa continúa añadiendo ribonucleótidos complementarios al DNA hasta que se llega a una determinada secuencia que indica a la polimerasa el final de la zona a transcribir. Cuando ya se han añadido unos 30 ribonucleótidos, en el extremo 3’ se une un nucléotido modificado de 7-metil guanosina, que forma lo que se denomina la “caperuza”, el “casquete” o el extremo “Cap”.

• Terminación: La transcripción finaliza, y al RNA recién formado se le añade una cola de unos 200 nucleótidos de adenina, la cola de poli-A, agregada por la enzima poli-A polimerasa, que sirve para que el RNA no sea destruido por las nucleasas celulares.

A continuación un video explicativo del mecanismo de transcripción 

ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)

¿QUÉ ES EL ADN?

Ácido Desoxirribonucleico (ADN), material genético de todos los organismos celulares y casi todos los virus. Es el tipo de molécula más compleja que se conoce. Su secuencia de nucleótidos contiene la información necesaria para poder controlar el metabolismo un ser vivo. 

El ADN lleva la información necesaria para dirigir la síntesis de proteínas y la replicación. En casi todos los organismos celulares el ADN está organizado en forma de cromosomas, situados en el núcleo de la célula.

ESTRUCTURA

Cada molécula de ADN está constituida por dos cadenas o bandas formadas por un elevado número de compuestos químicos llamados nucleótidos. Estas cadenas forman una especie de escalera retorcida que se llama doble hélice. Cada nucleótido está formado por tres unidades: una molécula de azúcar llamada desoxirribosa, un grupo fosfato y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina (abreviada como A), guanina (G), timina (T) y citosina (C).

La molécula de desoxirribosa ocupa el centro del nucleótido y está flanqueada por un grupo fosfato a un lado y una base al otro. El grupo fosfato está a su vez unido a la desoxirribosa del nucleótido adyacente de la cadena. 

Estas subunidades enlazadas desoxirribosa-fosfato forman los lados de la escalera; las bases están enfrentadas por parejas, mirando hacia el interior y forman los travesaños. Los nucleótidos de cada una de las dos cadenas que forman el ADN establecen una asociación específica con los correspondientes de la otra cadena. Debido a la afinidad química entre las bases, los nucleótidos que contienen adenina se acoplan siempre con los que contienen timina, y los que contienen citosina con los que contienen guanina. Las bases complementarias se unen entre sí por enlaces químicos débiles llamados puentes de hidrógeno.El siguiente esquema muestra lo descrito en forma muy ilustrativa,el enlace débil, puente de hidrógeno se lo representa en lineas punteadas.

DUPLICACIÓN DE ADN

La replicación o duplicación de la molécula de ADN se produce en la interfase de la división celular, más precisamente en la fase S, con el objetivo de conservar la información genética. Los puentes de hidrógeno que unen las dos hileras de polinucleótidos se rompen, con lo cual ambas cadenas se separan, sirviendo cada una de molde para fabricar una nueva hilera complementaria. La enzima ADN polimerasa se encarga de agregar nucleótidos fabricados por la célula que están esparcidos en el núcleo. Dicha enzima los va añadiendo a cada hilera separada conforme con la secuencia adenosina-timina y citosina-guanina (A-T y C-G). Al terminar la duplicación se obtienen dos moléculas idénticas de ADN de forma helicoidal, cada una con una hilera original y otra hilera neoformada. El núcleo tiene ahora el doble del ADN y de proteínas que al principio. De esta manera, la información genética de la célula madre será transmitida a las células hijas al producirse la mitosis.

COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos son biopolímeros formados por  unidades llamadas monómeros, que son los nucleótidos.

Los nucleótidos son moléculas compuestas por grupos fosfato, un monosacárido de cinco carbonos (pentosa) y una base nitrogenada. Además de constituir los ácidos nucleicos forman parte de coenzimas y de moléculas que contienen energía. Los nucleótidos tienen importantes funciones, entre ellas el transporte de átomos en la cadena respiratoria mitocondrial, intervenir en el proceso de fotosíntesis, transporte de energía principalmente en forma de adenosin trifosfato (ATP) y transmisión de los caracteres hereditarios.

Estructura general de un nucleótido

Grupos fosfato 
Son los que dan la característica ácida al ADN y ARN. Estos ácidos nucleicos, al tener nucleótidos con un solo radical (monofosfato) son estables. Cuando el nucleótido contiene más grupos fosfato (difosfato, trifosfato) se vuelve inestable, como sucede con el adenosin trifosfato o ATP. En consecuencia, se rompe un enlace fosfato y se libera la energía que lo une al nucleótido. Los grupos fosfato forman parte de la bicapa lipídica de las membranas celulares.
Son monosacáridos con cinco carbono en su molécula. En los ácidos nucleicos hay dos tipos de pentosas, la desoxirribosa presente en el ADN y la ribosa, que forma parte del ARN.
También hay dos tipos. Las derivadas de la purina son la adenina y la guanina y las que derivan de la pirimidina son la citosina, la timina y el uracilo.

Pentosas

Son monosacáridos con cinco carbono en su molécula. En los ácidos nucleicos hay dos tipos de pentosas, la desoxirribosa presente en el ADN y la ribosa, que forma parte del ARN.

Bases nitrogenadas 

La timina está presente solo en el ADN, mientras que el uracilo está únicamente en el ARN. El resto de las bases nitrogenadas forma parte de ambos ácidos nucleicos.

La asociación de los nucleótidos con otras estructuras moleculares permite la transmisión de caracteres hereditarios y el transporte de energía.

NUCLEÓSIDOS

Es la unión de una pentosa con una base nitrogenada, a través del carbono 1’ del monosacárido con un nitrógeno de la base. Al establecerse la unión química se desprende una molécula de agua.

Esquema de un nucleósido

Nomenclatura de los nucleósidos

DATO CURIOSO

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). 

          INTRODUCCIÓN

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. 

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. 

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. 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.