Ácidos nucleicos: estructura, función, tipos y ejemplos

los ácidos nucleicos representan una de las cuatro categorías principales de biomoléculas, que son las sustancias que forman las células. Los otros son proteínas, carbohidratos y lípidos (o grasas). Los ácidos nucleicos, que incluyen ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico) , se diferencian de las otras tres biomoléculas en que no pueden metabolizarse para suministrar energía al organismo parental. (Es por eso que no ve el "ácido nucleico" en las etiquetas de información nutricional).

la función de dna y rna es almacenar información genética. Se puede encontrar una copia completa de su propio ADN en el núcleo de casi todas las células de su cuerpo, lo que hace que esta agregación de ADN, llamada cromosomas en este contexto, se asemeje al disco duro de una computadora portátil. en este esquema, una longitud de rna del tipo llamado messenger rna contiene las instrucciones codificadas para un solo producto proteico (es decir, contiene un solo gen) y, por lo tanto, es más como una "unidad de disco" que contiene un solo archivo importante.

El ADN y el ARN están muy estrechamente relacionados. la única sustitución de un átomo de hidrógeno (–h) en dna por un grupo hidroxilo (–oh) unido al correspondiente átomo de carbono en rna explica la diferencia química y estructural total entre los dos ácidos nucleicos. Sin embargo, como verá, como suele ocurrir en la química, lo que parece ser una pequeña diferencia a nivel atómico tiene consecuencias prácticas obvias y profundas.

los ácidos nucleicos están formados por nucleótidos, que son sustancias que a su vez constan de tres grupos químicos distintos: un azúcar pentosa, uno a tres grupos fosfato y una base nitrogenada.

el azúcar pentosa en rna es ribosa, mientras que en la dna es desoxirribosa. Además, en los ácidos nucleicos, los nucleótidos solo tienen un grupo fosfato. Un ejemplo de un nucleótido bien conocido que posee múltiples grupos fosfato es atp, o trifosfato de adenosina. adp (difosfato de adenosina) participa en muchos de los mismos procesos que atp.

Las moléculas individuales de ADN pueden ser extraordinariamente largas y pueden extenderse hasta la longitud de un cromosoma completo. Las moléculas de ARN son mucho más limitadas en tamaño que las moléculas de ADN pero aún se califican como macromoléculas.

La ribosa tiene un anillo de cinco átomos que incluye cuatro de los cinco carbonos en el azúcar. tres de los otros están ocupados por grupos hidroxilo (–oh), uno por un átomo de hidrógeno y uno por un grupo hidroximetilo (–ch2oh). La única diferencia en la desoxirribosa es que uno de los tres grupos hidroxilo (el que está en la posición de 2 carbonos) desaparece y se reemplaza por un átomo de hidrógeno.

además, aunque tanto el ADN como el ARN tienen nucleótidos con una de las cuatro posibles bases nitrogenadas incluidas, estos varían ligeramente entre los dos ácidos nucleicos. las características del ADN adenina (a), citosina (c), guanina (g) y timina. mientras que rna tiene a, cyg pero uracil (u) en lugar de timina.

la mayoría de las diferencias funcionales entre el ADN y el ARN se relacionan con sus roles marcadamente diferentes en las células. ADN es donde se almacena el código genético para la vida, no solo la reproducción sino también las actividades cotidianas. rna, o al menos mrna, es responsable de recopilar la misma información y llevarla a los ribosomas fuera del núcleo donde se crean las proteínas que permiten llevar a cabo las actividades metabólicas mencionadas anteriormente.

la secuencia de bases de un ácido nucleico es donde se llevan sus mensajes específicos, y las bases nitrogenadas pueden decirse que son las responsables finales de las diferencias en animales de la misma especie, es decir, diferentes manifestaciones del mismo rasgo (por ejemplo, color de ojos). , patrón de vello corporal).

dos de las bases en los ácidos nucleicos (ayg) son purinas, mientras que dos (cyt en dna; c y u en rna) son pirimidinas. Las moléculas de purina contienen dos anillos fusionados, mientras que las pirimidinas tienen solo uno y son más pequeñas en general. como pronto aprenderás, la molécula de ADN es de doble cadena debido a la unión entre los nucleótidos en las cadenas adyacentes.

una base de purina solo se puede unir con una base de pirimidina, porque dos purinas ocuparían demasiado espacio entre las cadenas y dos pirimidinas muy poco, con una combinación de purina y pirimidina que es del tamaño correcto. pero las cosas en realidad están más controladas que esto: en los ácidos nucleicos, un enlace a y solo a t ( o u en rna), mientras que c se une a y solo a g .

La descripción completa de la molécula de ADN como una hélice de doble cadena en 1953 por James Watson y Francis Crick finalmente ganó el dúo a un premio Nobel, aunque el trabajo de difracción de rayos X de Rosalind Franklin en los años previos a este logro fue fundamental en la El éxito de la pareja y es a menudo subestimado en los libros de historia.

en la naturaleza, el ADN existe como una hélice porque esta es la forma más energéticamente favorable para el conjunto particular de moléculas que contiene. las cadenas laterales, las bases y otras partes de la molécula de ADN experimentan la combinación correcta de atracciones electroquímicas y repulsiones electroquímicas para que la molécula sea más "cómoda" en la forma de dos espirales, ligeramente separadas entre sí, como escaleras de estilo espiral entrelazadas .

Las cadenas de ADN consisten en grupos fosfato y residuos de azúcares alternos, con las bases nitrogenadas unidas a una parte diferente de la porción de azúcar. Una hebra de ADN o ARN se alarga gracias a los enlaces de hidrógeno formados entre el grupo fosfato de un nucleótido y el residuo de azúcar del siguiente. específicamente, el fosfato en el carbono número 5 (a menudo escrito 5 ') del nucleótido entrante se une en lugar del grupo hidroxilo en el carbono número 3 (o 3') del polinucleótido en crecimiento (ácido nucleico pequeño). Esto se conoce como un enlace fosfodiéster .

mientras tanto, todos los nucleótidos con una base están alineados con nucleótidos con t bases en ADN y nucleótidos con bases u en rna; C pares únicos con g en ambos. se dice que las dos cadenas de una molécula de ADN son complementarias entre sí, porque la secuencia de bases de una puede determinarse utilizando la secuencia de bases de la otra gracias al esquema de apareamiento de bases que observan las moléculas de ácido nucleico.

Como se observó, el ARN es extraordinariamente similar al ADN a nivel químico, ya que solo una base nitrogenada entre cuatro es diferente y un solo átomo de oxígeno "extra" en el azúcar del ARN. obviamente, estas diferencias aparentemente triviales son suficientes para asegurar un comportamiento sustancialmente diferente entre las biomoléculas.

En particular, el ARN es de una sola hebra . es decir, no verá el término "cadena complementaria" utilizado en el contexto de este ácido nucleico. sin embargo, diferentes partes de la misma cadena de ARN pueden interactuar entre sí, lo que significa que la forma de ARN en realidad varía más que la forma de ADN (invariablemente una doble hélice). En consecuencia, hay numerosos tipos diferentes de ARN.

• mrna , o messenger rna, utiliza un par de bases complementarias para llevar el mensaje que dna le da durante la transcripción a los ribosomas, donde ese mensaje se traduce en síntesis de proteínas. la transcripción se describe en detalle a continuación.
  
• El rrna , o rna ribosomal, constituye una parte considerable de la masa de los ribosomas, las estructuras dentro de las células responsables de la síntesis de proteínas. El resto de la masa de los ribosomas consiste en proteínas.
• trna , o transferencia rna, desempeña un papel crítico en la traducción al transportar los aminoácidos destinados a la cadena polipeptídica en crecimiento al lugar donde se ensamblan las proteínas. Hay 20 aminoácidos en la naturaleza, cada uno con su propio ADN.
  

Imagínese que se le presenta una hebra de ácido nucleico con la secuencia de bases aaatcggcatta. basándose solo en esta información, debería poder concluir dos cosas rápidamente: una, que esto es ADN, no ARN, como lo revela la presencia de timina (t); y que la cadena complementaria de esta molécula de ADN tiene la secuencia de bases tttagccgtaat.

también puede estar seguro de la cadena de mrna que resultaría de esta cadena de ADN que experimenta la transcripción de ARN: tendría la misma secuencia de bases que la cadena de ADN complementaria, con cualquier caso de timina (t) siendo reemplazada por uracilo (u) . esto se debe a que la replicación del ADN y la transcripción del ARN funcionan de manera similar en que la hebra hecha a partir de la hebra de la plantilla no es un duplicado de esa hebra, sino su complemento o su equivalente en el ARN.

Para que una molécula de ADN pueda hacer una copia de sí misma, las dos cadenas de la doble hélice deben separarse cerca de la copia. esto se debe a que cada cadena se copia (se replica) por separado y porque las enzimas y otras moléculas que participan en la replicación del ADN necesitan espacio para interactuar, lo que no proporciona una doble hélice. así, las dos hebras se separan físicamente y se dice que el ADN está desnaturalizado .

cada hebra separada de ADN hace que una nueva hebra se complemente a sí misma, y ​​permanece unida a ella. así, en cierto sentido, nada es diferente en cada nueva molécula de doble cadena de su matriz. Químicamente, tienen la misma composición molecular . pero una de las cadenas de cada doble hélice es nueva, mientras que la otra queda de la replicación en sí misma.

cuando la replicación del ADN ocurre simultáneamente a lo largo de cadenas complementarias separadas, la síntesis de las nuevas cadenas en realidad ocurre en direcciones opuestas. por un lado, la nueva hebra simplemente crece en la dirección de la dna que se "desabrocha" a medida que se desnaturaliza. en el otro lado, sin embargo, pequeños fragmentos de ADN nuevo se sintetizan lejos de la dirección de la separación de las hebras. estos se denominan fragmentos de okazaki y se unen mediante enzimas después de alcanzar una cierta longitud. Estas dos nuevas cadenas de ADN son antiparalelas entre sí.

La transcripción de rna es similar a la replicación de ADN, ya que para que empiece, es necesario desemparejar las cadenas de ADN. mrna se fabrica a lo largo de la plantilla de ADN mediante la adición secuencial de nucleótidos de ARN por la enzima polimerasa de ARN.

una cadena de mrna usualmente incluye exactamente la secuencia de bases necesaria para ensamblar una proteína única en el proceso de traducción , lo que significa que una molécula de mrna generalmente lleva la información de un gen . Un gen es una secuencia de ADN que codifica un producto proteico en particular.

Una vez que se completa la transcripción, la cadena mrna se exporta fuera del núcleo a través de poros en la envoltura nuclear. (Las moléculas de ARN son demasiado grandes para difundirse simplemente a través de la membrana nuclear, al igual que el agua y otras moléculas pequeñas). luego "se acopla" con ribosomas en el citoplasma o dentro de ciertos orgánulos, y se inicia la síntesis de proteínas .

los ácidos nucleicos no se pueden metabolizar para obtener combustible, pero pueden crearse a partir de moléculas muy pequeñas o descomponerse de su forma completa en partes muy pequeñas. Los nucleótidos se sintetizan a través de reacciones anabólicas, a menudo a partir de nucleósidos, que son nucleótidos menos cualquier grupo fosfato (es decir, un nucleósido es un azúcar ribosa más una base nitrogenada). el ADN y el ARN también pueden degradarse: de los nucleótidos a los nucleósidos, luego a las bases nitrogenadas y, finalmente, al ácido úrico.

La descomposición de los ácidos nucleicos es importante para la salud general . por ejemplo, la incapacidad de descomponer las purinas está relacionada con la gota, una enfermedad dolorosa que afecta algunas de las articulaciones gracias a los depósitos de cristales de urato en esos lugares.