Características de los ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos importantes en la naturaleza incluyen el ácido desoxirribonucleico, o ADN, y el ácido ribonucleico, o ARN. se llaman ácidos porque son donantes de protones (es decir, átomo de hidrógeno) y, por lo tanto, tienen una carga negativa.

químicamente, el ADN y el ARN son polímeros, lo que significa que consisten en unidades repetidas, a menudo en un gran número de ellos. estas unidades se llaman nucleótidos . todos los nucleótidos incluyen a su vez tres porciones químicas distintas: un azúcar pentosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada.

El ADN se diferencia del ARN en tres formas principales. una es que el azúcar que constituye el "esqueleto" estructural de la molécula de ácido nucleico es la desoxirribosa, mientras que en rna es la ribosa. si está familiarizado con la nomenclatura química, reconocerá que esta es una pequeña diferencia en el esquema estructural general; La ribosa tiene cuatro grupos hidroxilo (-oh), mientras que la desoxirribosa tiene tres.

La segunda diferencia es que si bien una de las cuatro bases nitrogenadas que se encuentran en el ADN es la timina, la base correspondiente en el ARN es el uracilo. Las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos son las que dictan las características finales de estas moléculas, porque las porciones de fosfato y azúcar no varían dentro o entre las moléculas del mismo tipo.

finalmente, el ADN es de doble cadena, lo que significa que consta de dos largas cadenas de nucleótidos unidos químicamente por dos bases nitrogenadas. el ADN se enrolla en forma de "doble hélice", como una escalera flexible torcida en direcciones opuestas en ambos extremos.

La desoxirribosa consiste en un anillo de cinco átomos, cuatro carbonos y un oxígeno, en forma de pentágono o tal vez un plato de home en el béisbol. Debido a que el carbono forma cuatro enlaces y oxígeno dos, esto deja ocho sitios de unión libres en los cuatro átomos de carbono, dos por carbono, uno arriba y otro debajo del anillo. tres de estos puntos están ocupados por grupos hidroxilo (-oh), y cinco son reclamados por átomos de hidrógeno.

esta molécula de azúcar puede unirse a una de cuatro bases nitrogenadas: adenina, citosina, guanina y timina. adenina (a) y guanina (g) son purinas, mientras que citosina (c) y timina (t) son pirimidinas. Las purinas son moléculas más grandes que las pirimidinas; debido a que las dos cadenas de cualquier molécula de ADN completa están unidas en el medio por sus bases nitrogenadas, estos enlaces deben formarse entre una purina y una pirimidina para mantener el tamaño total de las dos bases a través de la molécula aproximadamente constante. (ayuda a referirse a cualquier diagrama de ácidos nucleicos cuando se lee, como los de las referencias). A medida que sucede, un enlace exclusivamente a t en ADN, mientras que c se une exclusivamente a g.

La desoxirribosa unida a una base nitrogenada se llama nucleósido . cuando se agrega un grupo fosfato a la desoxirribosa en el carbón, a dos puntos de distancia de donde se une la base, se forma un nucleótido completo. Las peculiaridades de las respectivas cargas electroquímicas en los diversos átomos en los nucleótidos son responsables de que el ADN bicatenario forme una forma helicoidal, y las dos cadenas de ADN en la molécula se denominan cadenas complementarias.

El azúcar pentosa en rna es ribosa en lugar de desoxirribosa. la ribosa es idéntica a la desoxirribosa, excepto que la estructura del anillo está unida a cuatro grupos hidroxilo (-oh) y cuatro átomos de hidrógeno en lugar de tres y cinco, respectivamente. la porción de ribosa de un nucleótido está unida a un grupo fosfato y a una base nitrogenada, como ocurre con el ADN, con fosfatos y azúcares alternos que forman el "esqueleto" de la ARN. Las bases, como se señaló anteriormente, incluyen a, c y g, pero la segunda pirimidina en el ARN es uracilo (u) en lugar de t.

mientras que el ADN solo se ocupa del almacenamiento de información (un gen es simplemente una hebra de ADN que codifica para una única proteína), diferentes tipos de ARN asumen diferentes funciones. messenger rna, o mrna, se fabrica a partir de ADN cuando el ADN de doble cadena normalmente se divide en dos cadenas individuales para el propósito de la transcripción. el mrna resultante finalmente se abre paso hacia las partes de las células donde se produce la proteína, llevando las instrucciones para este proceso entregadas por el ADN. un segundo tipo de ARN, transferencia de ARN (trna), participa en la fabricación de proteínas. esto ocurre en los orgánulos celulares llamados ribosomas, y los ribosomas en sí mismos consisten principalmente en un tercer tipo de ARN llamado, apropiadamente, el ARN ribosomal (rrna).

Las cinco bases nitrogenadas: adenina (a), citosina (c), guanina (g) y timina (t) en el ADN y los tres primeros más uracilo (u) en el ARN, son las porciones de los ácidos nucleicos que son los responsables finales de la Diversidad de productos genéticos a través de los seres vivos. Las porciones de azúcar y fosfato son esenciales porque proporcionan estructura y andamios, pero las bases son donde se generan los códigos. Si piensa que su computadora portátil es un ácido nucleico o al menos una cadena de nucleótidos, el hardware (por ejemplo, unidades de disco, pantalla de monitor, microprocesador) es análogo a los azúcares y fosfatos, mientras que cualquier software y aplicaciones que esté ejecutando son similares a bases nitrogenadas, debido a que la variedad única de programas que ha cargado en su sistema hace que su computadora sea un "organismo" único en su clase.

como se describió anteriormente, las bases nitrogenadas se clasifican como purinas (a y g) o pirimidinas (c, t y u). a siempre se aparea en una hebra de ADN con t, yc siempre se empareja con g. De manera importante, cuando se utiliza una hebra de ADN como plantilla para la síntesis de ARN (transcripción), en cada punto a lo largo de la molécula de ARN en crecimiento, el nucleótido de ARN que se crea a partir del nucleótido de ADN "padre" incluye la base que es la que el padre "la base siempre se une a Esto se explora en una sección adicional.

las purinas consisten en un anillo de nitrógeno y carbono de seis miembros y un anillo de nitrógeno y carbono de cinco miembros, como un hexágono y un pentágono que comparten un lado. La síntesis de purina implica un ajuste químico de un azúcar ribosa, seguido de la adición de grupos amino (-nh ₂ ). Las pirimidinas también tienen un anillo de nitrógeno y carbono de seis miembros, como las purinas, pero carecen del anillo de nitrógeno y carbono de cinco miembros de las purinas. Por lo tanto, las purinas tienen una masa molecular más alta que las pirimidinas.

La síntesis de nucleótidos que contienen pirimidinas y la síntesis de nucleótidos que contienen purinas ocurren en un orden opuesto en un paso crucial. en pirimidinas, la porción de base se ensambla primero, y el resto de la molécula se modifica en un nucleótido más tarde. en las purinas, la parte que finalmente se convierte en adenina o guanina se modifica hacia el final de la formación de nucleótidos.

la transcripción es la creación de una hebra de mrna a partir de una plantilla de ADN, que lleva las mismas instrucciones (es decir, el código genético) para elaborar una proteína particular como lo hace la plantilla. El proceso ocurre en el núcleo celular, donde se encuentra el ADN. cuando una molécula de ADN bicatenaria se separa en cadenas sencillas y la transcripción procede, el ARNm que se genera a partir de una cadena del par de ADN "descomprimido" es idéntico al ADN de la otra cadena de ADN descomprimido, excepto que mrna contiene u en lugar de t (de nuevo, es útil hacer referencia a un diagrama; consulte las referencias.) El mrna, una vez completado, deja el núcleo a través de los poros en la membrana nuclear. Después de que la mrna abandona el núcleo, se une a un ribosoma.

Las enzimas se adhieren al complejo ribosomal y ayudan en el proceso de traducción. La traducción es la conversión de las instrucciones de mrna en proteínas. esto ocurre cuando los aminoácidos, las subunidades de proteínas, se generan a partir de "codones" de tres nucleótidos en la cadena mrna. el proceso también implica rrna (ya que la traducción se realiza en los ribsomas) y trna (que ayuda a ensamblar los aminoácidos).

Las hebras de ADN se ensamblan en una doble hélice debido a una confluencia de factores relacionados. Uno de estos es los enlaces de hidrógeno que naturalmente se colocan en diferentes partes de la molécula. a medida que se forma la hélice, los pares de unión de bases nitrogenadas son perpendiculares al eje de la doble hélice como un todo. cada vuelta completa incluye un total de aproximadamente 10 pares de bases de base. lo que podría haberse llamado los "lados" del ADN cuando se presenta como una "escalera" ahora se llaman las "cadenas" de la doble hélice. estos consisten casi en su totalidad en las porciones de ribosa y fosfato de los nucleótidos, con las bases en su interior. Se dice que la hélice tiene ranuras principales y secundarias que determinan su forma finalmente estable.

Si bien los cromosomas pueden describirse como cadenas muy largas de ADN, esta es una simplificación general. es cierto que un cromosoma dado podría, en teoría, desenrollarse para revelar una única molécula de ADN ininterrumpida, pero esto no indica el intrincado enrollamiento, enrollamiento y agrupamiento que el ADN hace para formar un cromosoma. un cromosoma presenta millones de pares de bases de ADN, y si todos los ADN se estiraran sin romper la hélice, su longitud se extendería desde unos pocos milímetros hasta más de un centímetro. En realidad, el ADN es mucho más condensado. Las proteínas llamadas histonas se forman a partir de cuatro pares de proteínas subunitarias (ocho subunidades en total). este octámero sirve como una especie de carrete para que la doble hélice del ADN se enrolle dos veces, como hilo. esta estructura, el octámero más el ADN que la envuelve, se denomina nucleosoma. cuando un cromosoma se desenrolla parcialmente en una hebra llamada cromatida, estos nucleosomas aparecen en la microscopía como cuentas en una sarta. pero por encima del nivel de los nucleosomas, se produce una mayor compresión del material genético, aunque el mecanismo preciso sigue siendo difícil de alcanzar.

ADN, rna y proteínas se consideran biopolímeros.porque son secuencias repetidas de información y aminoácidos asociados con seres vivos ("bio" significa "vida"). los biólogos moleculares reconocen hoy que el ADN y el ARN de alguna forma son anteriores a la aparición de la vida en la tierra, pero a partir de 2018, nadie había descubierto el camino desde los primeros biopolímeros hasta los seres vivos simples. algunos han teorizado que el rna de alguna forma fue la fuente original de todas estas cosas, incluido el ADN. esta es la "hipótesis del mundo rna". sin embargo, esto presenta una especie de escenario de gallina y huevo para los biólogos, porque al parecer las moléculas de ARN lo suficientemente grandes no podrían haber surgido por ningún otro medio que no sea la transcripción. en cualquier caso, los científicos están, con creciente entusiasmo, actualmente investigando el ARN como un objetivo para la primera molécula auto-replicante.

Las sustancias químicas que imitan los constituyentes de los ácidos nucleicos se están utilizando como medicamentos hoy en día, con desarrollos adicionales en esta área en curso. por ejemplo, una forma ligeramente modificada de uracilo, 5-fluorouracilo (5-fu), se ha utilizado durante décadas para tratar el carcinoma de colon. lo hace imitando una base nitrogenada verdadera lo suficientemente cerca como para que se inserte en el ADN recién fabricado. esto conduce en última instancia a una ruptura en la síntesis de proteínas.

Se han utilizado imitadores de nucleósidos (que, como recordarán, son un azúcar ribosa más una base nitrogenada) en terapias antibacterianas y antivirales. a veces, es la porción base del nucleósido la que se modifica, y en otras ocasiones el fármaco se dirige a la porción de azúcar.