Ácidos Nucleicos:

ADN y ARN

¿Qué es el ADN?

El ADN o ácido desoxirribonucleico es un ácido nucleico que contiene las instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de los organismos vivos y algunos virus. Es responsable de la transmisión hereditaria de la información genética.
La función principal de la molécula de ADN es el almacenamiento de información para construir otros componentes de las células, como las proteínas y las moléculas de ARN. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son llamados genes.
El ADN tiene otras regiones con función estructural o de regulación.

¿Qué son los Ácidos Nucleicos?

Los Ácidos Nucleicos son biomoléculas de elevado peso molecular, compuestas por Carbono (C), Hidrógeno (H), Oxígeno (O), Nitrógeno (N) y Fósforo (P). Se forman por la unión de subunidades llamadas Nucleótidos. Según la composición se distinguen dos tipos: ADN y ARN.
Son las moléculas encargadas de almacenar, transmitir y expresar la información genética.

¿Cómo están formados los Ácidos Nucleicos?

Tanto el ADN como el ARN, los dos tipos de Ácidos Nucleicos, están formados por la unión de muchos Nucleótidos. Por esta razón, los Nucleótidos son los Monómeros o unidades estructurales de los Ácidos Nucleicos.

 

 

¿Qué son los Nucleótidos?: Base Nitrogenada, Pentosa, Grupo Fosfato

Los nucleótidos son moléculas formadas por 3 partes:

1- Las bases nitrogenadas: Son compuestos heterocíclicos que contienen N. Existen dos tipos:

- Bases Púricas: Llamadas así porque derivan de una molécula llamada purina. Son la adenina (A) y la guanina (G)

- Bases Pirimidínicas: Llamadas así porque derivan de una molécula llamada pirimidina. Son la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U).

La Adenina, Guanina, Citosina y Timina se encuentran en el ADN.

La Adenina, Guanina, Citosina y Uracilo se encuentran en el ARN.

Las características químicas de las Bases Nitrogenadas les permiten participar en la formación de Puentes de Hidrógeno, lo que resulta crucial para la función biológica de los ácidos nucleicos.

2. Las pentosas: Son monosacáridos ciclados de 5 carbonos (aldopentosas). Pueden ser de dos tipos:

- Ribosa : Se encuentra en los nucleótidos del ARN, también llamados  Ribonucleótidos

- Desoxirribosa : Se encuentra en los nucleótidos del ADN, tambien llamados Desoxirribonucleótidos.

Los átomos de C de las pentosas se numeran como 1´, 2´, 3´, 4´y 5´ para evitar confusión con los de las Bases Nitrogenadas.

3. El Grupo Fosfato ó Ácido Fosfórico: Se encuentra en forma de ión fosfato (PO43 -).

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Nucleótidos y Nucleósidos

Para que pueda formarse un nucleótido, lo primero que ocurre es que la Pentosa se une a la Base Nitrogenada dando lugar a un compuesto denominado Nucleósido (Pentosa + Base Nitrogenada).

La unión se realiza mediante un enlace N-glucosídico entre el Carbono 1' de la Pentosa  y uno de los átomos de Nitrógeno de la Base Nitrogenada: el de la posición 1 si ésta es pirimídica o el de la posición 9 si ésta es púrica.

Luego,  se une el Nucleósido (mediante la Pentosa) con una molécula de Ácido Fosfórico, formando un Nucleótido.

Esta unión ocurre entre el OH que está en posición 5' de la Pentosa con el átomo de Fósforo del Ácido Fosfórico.

A pH fisiológico el grupo fosfato se encuentra ionizado, es decir, con una carga neta negativa. Esto le confiere a los nucleótidos un carácter marcadamente ácido.

¿Cómo se unen los Nucleótidos entre sí? Enlace Fosfodiéster

Los Ácidos Nucleicos son polímeros de Nucleótidos, es decir, el resultado de la unión de muchos nucleótidos entre sí. Los Nucleótidos se unen a través de un enlace ó unión química que se llama Enlace Fosfodiéster. Este enlace se forma entre el Ácido Fosfórico (unido al carbono 5' de la Pentosa) de un Nucleótido y el Hidroxilo (OH)  que se encuentra en el Carbono 3' de la Pentosa de otro Nucleótido. Esto está representado en la siguiente imagen:

Cuando dos nucleótidos se unen mediante un enlace fosfodiéster, el Dinucleótido que resulta conserva un grupo hidroxilo 3' libre que puede reaccionar con el grupo 5' fosfato de otro nucleótido. Esta circunstancia permite que mediante enlaces fosfodiéster se puedan enlazar un número elevado de Nucleótidos para formar largas cadenas lineales que siempre tendrán en un extremo un grupo 5' fosfato libre y en el otro un grupo hidroxilo 3' libre.

EL ADN: Función y Estructura

Veamos ahora las características propias de uno de los tipos de Ácidos Nucleicos: el ADN.

El Ácido Desoxirribonucleico o ADN es un polímero de Nucleótidos cuya Pentosa es la Desoxirribosa y cuyas bases nitrogenadas son la Adenina (A), la Guanina (G), la Citosina (C) y la Timina (T). Al ser la Desoxirribosa la Pentosa, estos nucleótidos se denominan Desoxirribonucleótidos.

Su función es portar la información genética.

Es una molécula muy compleja en la que vamos a describir una Estructura Primaria, una Estructura Secundaria y una Estructura Terciaria.

Estructura Primaria del ADN

Es la Secuencia lineal de desoxirribonucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Presenta dos extremos libres: el 5´ (unido al grupo fosfato) y el 3´ (unido al grupo hidroxilo). Las moléculas de ADN difieren en tamaño, composición y secuencia de nucleótidos.

Estructura Secundaria del ADN

La estructura secundaria del ADN es una Doble Hélice. Fue determinada por Watson y Crick. La Doble Hélice está formada por dos cadenas de ADN Complementarias y Antiparalelas que se unen entre sí mediante enlaces Puentes de Hidrógeno entre sus Bases Nitrogendas. 

 

¿Qué quiere decir que las dos cadenas de ADN son Complementarias?

Las dos cadenas que forman la doble hélice del ADN son Complementarias porque las Bases Nitrogenadas de una y otra cadena se unen de una determinada manera: Adenina se une a Timina; y Citosina se une a Guanina. Es decir, siempre se une una Base Púrica a una Base Pirimidínica. Existe una regla mnemotécnica para recordar esto: Anibal Troilo (A de Adenina - T de Timina) y Carlos Gardel (C de Citosina y G de Guanina).

Esto de termina la Regla de Chargaff que dice que la cantidad de Bases Púricas es igual a la cantidad e Bases Pirimidínicas: A+ G = C+T. Y además A=T y C=G

Entre Guanina y Citosina se forman 3 Puentes de Hidrógeno, y entre Adenina y Timina se forman 2 puentes de Hidrógeno.

¿Qué quiere decir que las dos cadenas de ADN son Antiparalelas?

Las dos cadenas que forman la Doble Hélice del ADN son Antiparalelas porque una va en sentido 5´a 3´y la otra en sentido 3´a 5´. Es decir, que tienen sus extremos 3´OH y 5´Fosfato en extremos opuestos.

 

Estructura Terciaria del ADN: Eucromatina, Heterocromatina, Cromosomas

Se refiere a cómo se almacena el ADN dentro de la célula, es decir, en un espacio reducido. Varía según se trate de organismos procariotas o eucariotas:

a) En procariotas se produce un superenrrollamiento que genera una estructura llamada super-hélice en forma, generalmente, circular y asociada a una pequeña cantidad de proteínas. Lo mismo ocurre en la mitocondrias y en los cloroplastos.

b) En eucariotas el empaquetamiento es más complejo y compacto. Para esto necesitan proteínas: un tipo llamado Histonas  y otras de naturaleza No Histona. Esta unión de ADN y proteínas se llama Cromatina, en ella cual se distinguen diferentes Niveles de Organización:

En el Nivel 1, donde el grado de condensación es pequeño encontramos unas estructuras llamadas: Nucleosomas, que son el resultado del Superenrrollamiento del ADN, y la unión a Proteínas Histonas y No Histonas.

En el Nivel 2, donde el grado de condensación es un poco mayor, encontramos unas estructuras llamadas Solenoides, que son el resultado del enrollamiento helicoidal de varios nucleosomas.

En el Nivel 3, donde ya el grado de condensación es mayor, tenemos la cromatina en dos posibles configuraciones: Eucromatina y Heterocromatina. La Eucromatina se encuentra menos compactada que la Heterocromatina.

En el Nivel 4, donde el grado de condensación es máximo, encontramos los Cromosomas. Podemos definir a un Cromosoma como una estructura formada por ADN y proteínas, cuyo grado de condensación es el máximo posible.

 

 

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Desnaturalización y  Renaturalización del ADN

La Desnaturalización del ADN es la Pérdida de la Estructura en Doble Hélice. Ocurre po la ruptura de las uniones Puentes de Hidrógeno entre las Bases Nitrogenadas de ambas cadenas de ADN. Se produce por cambios de temperatura o pH.

El proceso es reversible, es decir, en condiciones adecuadas se puede revertir, de manera que el ADN vuelva a su forma original de doble hélice. A este proceso, en sentido opuesto se lo llama Renaturalización.

Efecto de la temperatura:  Si una disolución de ADN se calienta suficientemente ambas cadenas se separan, pues se rompen los enlaces de hidrógeno que unen las bases, y el ADN se desnaturaliza. La temperatura de desnaturalización depende de la proporción de bases. A mayor proporción de C-G, mayor temperatura de desnaturalización, pues la citosina y la guanina establecen tres puentes de hidrógeno, mientras que la adenina y la timina sólo dos y, por lo tanto, a mayor proporción de C-G, más puentes de hidrógeno unirán ambas cadenas.

Efecto del pH: Los cambios bruscos de pH desnaturalizan el ADN que puede renaturalizarse cuando el pH se sitúe dentro de los parámetros biológicos.

 

ARN: Características, Función y Estructura

Veamos ahora las características propias del otro tipo de Ácidos Nucleicos: el ARN.

El Ácido Ribonucleico o ARN es un polímero de Nucleótidos cuya Pentosa es la Ribosa y cuyas bases nitrogenadas son la Adenina (A), la Guanina (G), la Citosina (C) y la Uracilo (U). Al ser la Ribosa la Pentosa, estos nucleótidos se denominan Ribonucleótidos.

El ARN se forma tomando una cadena de ADN como molde.

Estructura del ARN

Por lo general, el ARN es monocatenario con estructura primaria. El ARN no suele formar dobles cadenas, salvo en ciertos virus (los retrovirus). 

Tipos de ARN y Funciones

Hay diferentes tipos de ARN, que tienen diferente estructura y funciones. Los tres tipos de ARN más importantes son: el ARN mensajero (ARNm), el ARN ribosomal (ARNr), y el ARN de transferencia (ARNt).

El ARN copia la información del ADN (transcripción) para que, después, tenga lugar la traducción o síntesis de proteínas.

Portan los aminoácidos específicos hasta los ribosomas.

Forman los ribosomas.

Por su estructura y función se distinguen tres tipos principales de ARN:

1. ARN mensajero (ARNm): Se sintetiza a partir del ADN (transcripción) y codifica proteínas. Su función es llevar la información guardada en al ADN hasta los ribosomas (traducción). Su estructura es distinta en procariotas y eucariotas:

En eucariotas, el ARNm, producto de la transcripción en el núcleo, posee una serie de fragmentos sin información o intrones que alternan con otros con información o exones. La maduración del ARNm implica la pérdida de los intrones. Además posee una caperuza de metil-guanosina en 5´y una cola de poliadenina en 3´.

En procariotas, transcripción y traducción acontecen simultáneamente en el citoplasma. No existe proceso de maduración.

2. ARN transferente (ARNt): Transporta los aminoácidos para la síntesis de proteínas. Está formado por una sola cadena, aunque en ciertas zonas se encuentra replegada y asociada internamente mediante puentes de hidrógeno entre bases complementarias. Su peso molecular es del orden de 25.000 da. Está formado por entre 70 y 90 nucleótidos y constituye el 15 % del total del ARN de la célula. Se sintetiza en el núcleo y sale hacia el citoplasma para realizar su función. En el ARNt podemos distinguir un brazo aceptor de aminoácidos abierto y un bucle anticodon. Además de las bases normales A, C, G y U aparecen bases “raras” responsables de los bucles (no aparean). Existen unos 50 tipos diferentes de ARNt.

3. ARN ribosómico (ARNr): Es el más abundante (70%). Se une a proteínas básicas para formar los ribosomas.

 

Autora de este artículo: María Cecilia

Es Bioquímica, da clases particulares de Química, Biología, Biofísica, Bioquímica, Fisiología, Física desde hace mas de 10 años. Nivel universitario y secundario. Puedes elegir tomar clases particulares online con ella, ya que forma parte de nuestro equipo de profesores.

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