generalidad
Los ácidos nucleicos son las grandes moléculas biológicas ADN y ARN, cuya presencia y el correcto funcionamiento, dentro de las células vivas, son fundamentales para la supervivencia de estas últimas.
Un ácido nucleico genérico se deriva de la unión, en cadenas lineales, de un gran número de nucleótidos.
Figura: molécula de ADN.
Los nucleótidos son moléculas pequeñas, en las que participan tres elementos: un grupo fosfato, una base nitrogenada y un azúcar de 5 átomos de carbono.
Los ácidos nucleicos son vitales para la supervivencia de un organismo, ya que cooperan en la síntesis de proteínas, moléculas esenciales para la correcta realización de los mecanismos celulares.
El ADN y el ARN difieren entre sí en algunos aspectos.
Por ejemplo, el ADN tiene dos cadenas de nucleótidos antiparalelos y tiene, como el azúcar de 5 carbonos, desoxirribosa. El ARN, por otro lado, generalmente tiene una sola cadena de nucleótidos y posee ribosa, como el azúcar de 5 carbonos.
¿Qué son los ácidos nucleicos?
Los ácidos nucleicos son las macromoléculas biológicas ADN y ARN, cuya presencia, dentro de las células de los seres vivos, es fundamental para la supervivencia y el correcto desarrollo de estos últimos.
Según otra definición, los ácidos nucleicos son los biopolímeros resultantes de la unión, en largas cadenas lineales, de un alto número de nucleótidos .
Un biopolímero, o polímero natural, es un compuesto biológico grande que consiste en todas las mismas unidades moleculares, que se llaman monómeros .
ÁCIDOS NUCLEICOS: ¿QUIÉN ESTÁ EN POSESIÓN?
Los ácidos nucleicos residen no solo en las células de organismos eucarióticos y procarióticos, sino también en formas de vida acelular, como los virus, y en orgánulos celulares, como las mitocondrias y los cloroplastos .
Estructura general
Sobre la base de las definiciones anteriores, los nucleótidos son las unidades moleculares que forman los ácidos nucleicos ADN y ARN.
Por lo tanto, representarán el tema principal de este capítulo, dedicado a la estructura de los ácidos nucleicos.
ESTRUCTURA DE UN NUCLEOTIDO GENÉRICO
Un nucleótido genérico es un compuesto de naturaleza orgánica, el resultado de la unión de tres elementos:
- Un grupo fosfato, que es un derivado del ácido fosfórico;
- Un pentoso, que es un azúcar con 5 átomos de carbono ;
- Una base nitrogenada, que es una molécula heterocíclica aromática.
La pentosa es el elemento central de los nucleótidos, ya que está asociada con el grupo fosfato y la base nitrogenada.
Figura: Elementos que constituyen un nucleótido genérico de un ácido nucleico. Como puede verse, el grupo fosfato y la base nitrogenada están unidos al azúcar.
El enlace químico que mantiene unidos a la pentosa y el grupo fosfato es un enlace fosfodiestérico, mientras que el enlace químico que une la pentosa y la base nitrogenada es un enlace N-glicosídico .
¿CÓMO PARTICIPA EL PENTOSY EN LOS VARIOS BONOS CON OTROS ELEMENTOS?
Prólogo: los químicos han pensado en numerar los carbones que componen las moléculas orgánicas de tal manera que simplifiquen su estudio y descripción. Aquí, entonces, que los 5 carbones de un pentoso se convierten en: carbono 1, carbono 2, carbono 3, carbono 4 y carbono 5.
El criterio para la asignación de números es bastante complejo, por lo que consideramos apropiado omitir la explicación.
De los 5 carbonos que forman la pentosa de los nucleótidos, los involucrados en los enlaces con la base nitrogenada y el grupo fosfato son, respectivamente, el carbono 1 y el carbono 5 .
- Carbono 1 de pentosa → enlace N-glicosídico → base de nitrógeno
- Carbono 5 de pentosa → enlace fosfodiestérico → grupo fosfato
¿QUÉ TIPO DE ENLACE QUÍMICO SON LOS ACIDOS NUCLEÓTIDOS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS?
Figura: Estructura de un pentoso, numeración de sus carbones constituyentes y enlaces con base nitrogenada y grupo fosfato.
Al componer los ácidos nucleicos, los nucleótidos se organizan en largas cadenas lineales, mejor conocidas como filamentos .
Cada nucleótido que forma estas largas cadenas se une al siguiente nucleótido, por medio de un enlace fosfodiestérico entre el carbono 3 de su pentosa y el grupo fosfato del nucleótido inmediatamente siguiente.
EXTREMIDADES
Los filamentos de nucleótidos (o filamentos de polinucleótidos ), que constituyen los ácidos nucleicos, tienen dos extremidades, conocidas como extremos 5 ' (leemos "fin cinco primero") y al final 3' (leemos "fin tres primero"). Por convención, los biólogos y genetistas han establecido que el extremo 5 'representa la cabeza de un filamento de ácido nucleico, mientras que el extremo 3' representa su cola .
Desde el punto de vista químico, el extremo 5 'de los ácidos nucleicos coincide con el grupo fosfato del primer nucleótido de la cadena, mientras que el extremo 3' de los ácidos nucleicos coincide con el grupo hidroxilo (OH) colocado en el carbono 3 del último nucleótido .
Se basa en esta organización que, en los libros de genética y biología molecular, los filamentos de nucleótidos de un ácido nucleico se describen a continuación: P-5 '→ 3'-OH.
* Nota: la letra P indica el átomo de fósforo del grupo fosfato.
Al aplicar los conceptos de los extremos 5 'y extremos 3' a un solo nucleótido, el extremo 5 'de este último es el grupo fosfato unido al carbono 5, mientras que su extremo 3' es el grupo hidroxilo unido al carbono 3.
En ambos casos, se invita al lector a prestar atención a la aparición numérica: extremo 5 '- grupo fosfato en el carbono 5 y extremo 3' - grupo hidroxilo en el carbono 3.
Función general
Los ácidos nucleicos contienen, transportan, descifran y expresan información genética en proteínas .
Las proteínas, que consisten en aminoácidos, son macromoléculas biológicas, que desempeñan un papel fundamental en la regulación de los mecanismos celulares de un organismo vivo.
La información genética depende de la secuencia de nucleótidos, que forman los filamentos de los ácidos nucleicos.
Historia
El mérito del descubrimiento de ácidos nucleicos, que ocurrió en 1869, pertenece al médico y biólogo suizo Friedrich Miescher .
Miescher hizo sus descubrimientos mientras estudiaba el núcleo celular de los leucocitos, con la intención de comprender mejor la composición interna.
Los experimentos de Miescher representaron un punto de inflexión en el campo de la biología molecular y la genética, ya que iniciaron una serie de estudios que llevaron a la identificación de la estructura del ADN (Watson y Crick, en 1953) y del ARN, al conocimiento de Mecanismos de herencia genética y la identificación de procesos precisos de síntesis de proteínas.
ORIGEN DEL NOMBRE
Los ácidos nucleicos tienen este nombre, porque Miescher los identificó dentro del núcleo de los leucocitos (núcleo - nucleico) y encontraron que contenían el grupo fosfato, un derivado del ácido fosfórico (derivado del ácido fosfórico - ácidos).
DNA
Entre los ácidos nucleicos conocidos, el ADN es el más famoso, ya que representa el depósito de información genética (o genes ) que sirve para dirigir el desarrollo y crecimiento de las células de un organismo vivo.
El acrónimo ADN significa ácido desoxirribonucleico o ácido desoxirribonucleico .
Doble elica
En 1953, para explicar la estructura del ADN del ácido nucleico, los biólogos James Watson y Francis Crick propusieron el modelo, que luego se reveló correcto, de la llamada " doble hélice ".
Basado en el modelo de "doble hélice", el ADN es una molécula grande, resultante de la unión de dos cadenas largas de nucleótidos antiparalelos y enrolladas una en la otra.
El término "antiparalelo" indica que los dos filamentos tienen una orientación opuesta, es decir: la cabeza y la cola de un filamento interactúan, respectivamente, con la cola y la cabeza del otro filamento.
Según otro punto importante en el modelo de "doble hélice", los ácidos nucleicos del ADN del ácido nucleico tienen una disposición tal que las bases nitrogenadas están orientadas hacia el eje central de cada espiral, mientras que las pentosas y los grupos fosfato forman el andamiaje. de este último.
¿CUÁL ES EL PENTOSO DEL ADN?
La pentosa que es el nucleótido del ADN del ácido nucleico es desoxirribosa .
Este azúcar con 5 átomos de carbono debe su nombre a la falta, en el carbono 2, de átomos de oxígeno. Después de todo, desoxirribosa significa "libre de oxígeno".
Figura: desoxirribosa.
Debido a la presencia de desoxirribosa, los ácidos nucleicos del ADN del ácido nucleico se denominan desoxirribonucleótidos .
TIPOS DE NUCLEOTIDOS Y BASES DE NITROGENO
El ácido nucleico del ADN tiene 4 tipos diferentes de desoxirribonucleótidos .
Distinguir los 4 tipos diferentes de desoxirribonucleótidos es solo la base nitrogenada, unida a la formación del grupo pentosa-fosfato (que a diferencia de la base nitrogenada nunca varía).
Por razones obvias, por lo tanto, las bases nitrogenadas del ADN son 4, específicamente: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).
La adenina y la guanina pertenecen a la clase de purinas, compuestos heterocíclicos aromáticos de doble anillo.
La citosina y la timina, por otro lado, entran en la categoría de pirimidinas, compuestos heterocíclicos aromáticos de un solo anillo.
Con el modelo de "doble hélice", Watson y Crick también explicaron cuál es la organización de las bases nitrogenadas dentro del ADN:
- Cada base de nitrógeno de un filamento se une, por medio de enlaces de hidrógeno, a una base nitrogenada presente en el filamento antiparalelo, formando de hecho un par, un emparejamiento, de bases.
- El emparejamiento entre las bases nitrogenadas de las dos cadenas es altamente específico. De hecho, la adenina se une solo a la timina, mientras que la citosina se une solo a la guanina.
Este importante descubrimiento indujo a los biólogos y genetistas moleculares a acuñar los términos de " complementariedad entre bases nitrogenadas " y " emparejamiento complementario de bases nitrogenadas ", para indicar la singularidad de la unión de adenina con timina y de citosina con guanina. .
¿DÓNDE SE RESERVA EN LAS CÉLULAS VIVAS?
En los organismos eucariotas (animales, plantas, hongos y protistas), el ácido nucleico del ADN reside en el núcleo de todas las células que tienen esta estructura celular.
En organismos procarióticos (bacterias y archaeabacterias), en cambio, el ADN del ácido nucleico reside en el citoplasma, ya que las células procariotas carecen del núcleo.
ARN
Entre los dos ácidos nucleicos naturales, el ARN representa la macromolécula biológica que traduce los nucleótidos del ADN en los aminoácidos que constituyen las proteínas (proceso de síntesis de proteínas ).
De hecho, el ARN de ácido nucleico es comparable a un diccionario de información genética, informado sobre el ADN de ácido nucleico.
El acrónimo ARN significa ácido ribonucleico .
DIFERENCIAS QUE LO DISTINGUEN DEL ADN
El ARN de ácido nucleico presenta diferencias diferentes, en comparación con el ADN:
- El ARN es una molécula biológica más pequeña que el ADN, generalmente formada por una única cadena de nucleótidos .
- La pentosa que constituye los nucleótidos del ácido ribonucleico es la ribosa . A diferencia de la desoxirribosa, la ribosa tiene un átomo de oxígeno en el carbono 2.
Es debido a la presencia de azúcar ribosa que los biólogos y los químicos han asignado, al ARN, el nombre de ácido ribonucleico.
- Los nucleótidos del ácido nucleico del ARN también se conocen como ribonucleótidos .
- El ácido nucleico del ARN comparte con el ADN solo 3 bases de nitrógeno de cada 4 . En lugar de la timina, de hecho, presenta la base de nitrógeno uracilo .
- El ARN puede residir en varios compartimentos de la célula, desde el núcleo hasta el citoplasma.
TIPOS DE ARN
Figura: la ribosa.
Dentro de las células vivas, el ARN de ácido nucleico existe en cuatro formas principales: el ARN de transporte (o transferencia de ARN o ARNt ), el ARN mensajero (o ARN mensajero o ARNm ), el ARN ribosomal (o ribosoma). ARN o ARNr ) y el ARN nuclear pequeño (o ARN nuclear pequeño o snRNA ).
Aunque cubren diferentes roles específicos, las cuatro formas de ARN mencionadas anteriormente cooperan para un objetivo común: la síntesis de proteínas, a partir de las secuencias de nucleótidos presentes en el ADN.
Modelos artificiales
En las últimas décadas, los biólogos moleculares han sintetizado, en el laboratorio, diferentes ácidos nucleicos, identificados con el adjetivo "artificial".
Entre los ácidos nucleicos artificiales merecen una cita particular: TNA, PNA, LNA y GNA.
