3.8: Ácidos nucleicos

¿Quién es Quién?

Los gemelos idénticos muestran claramente la importancia de los genes para hacernos quienes somos. Los genes, a su vez, no serían posibles sin ácidos nucleicos.

Figura\(\PageIndex{1}\): Gemelos

Los ácidos nucleicos son la clase de compuestos bioquímicos que incluyen ADN y ARN. Estas moléculas están construidas de pequeños monómeros llamados nucleótidos. Muchos nucleótidos se unen para formar una cadena llamada polinucleótido. El ADN de ácido nucleico (ácido desoxirribonucleico) consta de dos cadenas polinucleotídicas. El ARN de ácido nucleico (ácido ribonucleico) consiste en una sola cadena polinucleotídica.

Estructura de los ácidos nucleicos

Cada nucleótido consta de tres moléculas más pequeñas:

1. una molécula de azúcar (la desoxirribosa de azúcar en el ADN y la ribosa de azúcar en el ARN).
2. un grupo fosfato.
3. una base nitrogenada.

Figura\(\PageIndex{2}\): Los nucleótidos consisten en un azúcar, una base nitrogenada y un grupo fosfato

Los nucleótidos están conectados para formar ADN como se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\). La molécula de azúcar de un nucleótido se une al grupo fosfato del siguiente nucleótido. Estas dos moléculas se alternan para formar el esqueleto de la cadena nucleotídica. Las bases nitrogenadas en un ácido nucleico sobresalen del esqueleto. Existen cuatro bases nitrogenadas diferentes: citosina, adenina, guanina y timina (en ADN) o uracilo (en ARN). En el ADN, se forman enlaces de hidrógeno entre las bases de las dos cadenas de nucleótidos y mantienen unidas las cadenas. Cada tipo de base se une con solo otro tipo de base: la citosina siempre se une a la guanina, y la adenina siempre se une con la timina. Estos pares de bases se denominan pares de bases complementarias.

Figura\(\PageIndex{3}\): Ácido nucleico

El enlace de hidrógeno de bases complementarias hace que las moléculas de ADN tomen automáticamente su conocida forma, llamada doble hélice, la cual se muestra en la animación de la Figura\(\PageIndex{4}\). Una doble hélice es como una escalera de caracol. La forma de doble hélice se forma naturalmente y es muy fuerte, lo que hace que las dos cadenas polinucleotídicas sean difíciles de romper.

Figura\(\PageIndex{4}\): Molécula de ADN

Roles de los ácidos nucleicos

El ADN de las células se organiza en estructuras llamadas cromosomas como se muestra en la Figura\(\PageIndex{5}\). Las letras A, T, G y C representan las bases adenina, timina, guanina y citosina. La secuencia de estas cuatro bases en el ADN es un código que lleva instrucciones para elaborar proteínas. La hélice de ADN se envuelve alrededor de proteínas llamadas histonas para formar nucleosomas. Estos se estructuran posteriormente en cromatina y, finalmente, cromosomas. Las células humanas tienen 46 cromosomas; otros organismos tienen diferentes números de cromosomas.

El ADN conforma genes, y la secuencia de bases en el ADN conforma el código genético. Entre “arranques” y “paradas”, el código lleva instrucciones para la secuencia correcta de aminoácidos en una proteína. La información en el ADN se pasa de células parentales a células hijas cada vez que las células se dividen. La información en el ADN también se transmite de padres a crías cuando los organismos se reproducen. Es así como las características heredadas se pasan de una generación a otra.

Figura\(\PageIndex{5}\): La organización de un cromosoma

Reportaje: La biología humana en las noticias

Mira a los neandertales en Figura\(\PageIndex{6}\). La imagen es una reconstrucción artística de estos parientes humanos cercanos, que parecen haber desaparecido de Europa hace unos 50 mil años. El consenso de que los neandertales eran brutis y se extinguieron al ser superados por los humanos modernos está siendo revisado a medida que aprendemos más sobre estos interesantes miembros del género Homo.

Figura\(\PageIndex{6}\): Los neandertales eran robustos y de pecho de barril, pero la evidencia de ADN muestra que se aparearon con humanos modernos hace miles de años.

Hace varios años, los científicos pudieron extraer ADN de huesos fosilizados de neandertales (ver Figura\(\PageIndex{7}\)). Cuando se comparó el ADN neandertal con el ADN humano moderno, los investigadores descubrieron similitudes en el ADN de los neandertales y los pueblos modernos derivados de Europa que sugieren que los humanos modernos se aparearon con los neandertales. Algunos expertos ahora piensan que los neandertales no se extinguieron sino que simplemente se incorporaron a la población mucho mayor del Homo sapiens.

Figura\(\PageIndex{7}\). Un científico trabaja para extraer ADN de un hueso neandertal fosilizado

Una nueva investigación publicada en Science a principios de 2016 muestra que nuestro ADN neandertal heredado puede ser más que una curiosidad interesante o evidencia útil de nuestro pasado evolutivo. Estos fragmentos de ADN pueden estar afectando nuestra salud hoy en día. En la investigación reportada en Science, los científicos buscaron secuencias de ADN neandertal en el ADN a partir de una base de datos electrónica compilada a partir de registros de salud de casi 30 mil adultos estadounidenses modernos. Los científicos encontraron que ciertos segmentos del ADN neandertal son especialmente comunes en personas que tienen afecciones médicas particulares, como depresión y mayores cantidades de coagulación sanguínea. Otros fragmentos de ADN neandertal parecen potenciar la respuesta inmune a ciertos parásitos y otros patógenos.

La mayoría de los segmentos de ADN neandertal que han persistido en nuestro acervo genético moderno probablemente fueron beneficiosos en tiempos prehistóricos. Ahora, sin embargo, pueden aumentar el riesgo de enfermedad porque nuestros estilos de vida y entornos han cambiado tanto desde entonces. Por ejemplo, un aumento en la coagulación sanguínea habría ayudado a prevenir hemorragias potencialmente mortales por lesiones o parto en el pasado, pero hoy en día puede aumentar el riesgo de coágulos sanguíneos y accidentes cerebrovasculares en personas mayores con estilos de vida sedentarios. Incluso los fragmentos de ADN neandertal que refuerzan el sistema inmunológico pueden ahora hacer más daño que bien para los estadounidenses que viven en entornos donde hay muchos menos parásitos. Pueden hacer que nuestros sistemas inmunitarios sean hiperactivos y causen alergias y trastornos autoinmunes.

Revisar

1. ¿Cuáles son los ácidos nucleicos?
2. ¿En qué se diferencia el ARN en estructura del ADN?
3. Describir un nucleótido. Explicar cómo los nucleótidos se unen para formar un polinucleótido.
4. ¿Qué papel juegan las bases nitrogenadas en los nucleótidos en la estructura y función del ADN?
5. ¿Cuál es el papel del ARN?
6. Explica por qué Mark y Scott Kelly se ven tan similares, usando lo que aprendiste sobre los ácidos nucleicos en este artículo.
7. Verdadero o Falso. A, C, G y T representan las bases en el ARN.
8. Verdadero o Falso. Las dos cadenas polinucleotídicas de ARN se tuercen en forma de doble hélice.
9. Verdadero o Falso. La citosina siempre se une a la guanina en el ADN.
10. Si parte de una cadena de ADN tiene la secuencia de bases: ATTG, ¿cuál es la secuencia de bases correspondiente a la que se une en la otra cadena?
11. Organizar lo siguiente en orden desde el más pequeño hasta el mayor nivel de organización: ADN; nucleótido; polinucleótido
12. Como parte del proceso de replicación del ADN, las dos cadenas polinucleotídicas se separan entre sí, pero cada cadena individual permanece intacta. ¿Qué bonos se rompen en este proceso?
    1. Enlaces entre azúcares adyacentes y grupos fosfato
    2. Enlaces dentro de nucleótidos
    3. Vínculos entre bases complementarias
    4. Enlaces entre adenina y guanina
13. La adenina, la guanina, la citosina y la timina son:
    1. Nucleótidos
    2. Bases nitrogenadas
    3. Azúcares en ADN y ARN
    4. Grupos fosfato
14. Algunas enfermedades y trastornos son causados por genes. Explique por qué estos trastornos genéticos pueden transmitirse de padres a hijos.

Explora más

https://bio.libretexts.org/link?17001#Explore_More

Atribuciones

1. Gemelos de Peter Voerman, con licencia CC BY-NC 2.0 vía Flickr.com
2. Nucleótidos de ADN por OpenStax, licencia CC BY 4.0 vía Wikimedia Commons
3. Nucleótidos de ADN por OpenStax, licencia CC BY 4.0 vía Wikimedia Commons
4. ADN recortado por Jahobr, liberado al dominio público a través de Wikimedia Commons
5. Macroestructura de ADN por OpenStax, licencia CC BY 4.0 vía Wikimedia Commons
6. Le Moustier, dominio público vía Wikimedia Commons
7. Extracción de ADN neandertal por el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva, dominio público vía Wikimedia Commons
8. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0