3.11: Ácidos nucleicos - ADN y ARN

Objetivos de aprendizaje

• Describir la estructura de los ácidos nucleicos y los tipos de moléculas que los contienen

Tipos de ácidos nucleicos

Los dos tipos principales de ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ADN es el material genético que se encuentra en todos los organismos vivos, desde bacterias unicelulares hasta mamíferos multicelulares. Se encuentra en el núcleo de eucariotas y en los cloroplastos y mitocondrias. En procariotas, el ADN no está encerrado en una envoltura membranosa, sino que flota libre dentro del citoplasma.

Todo el contenido genético de una célula se conoce como su genoma y el estudio de los genomas es la genómica. En las células eucariotas, pero no en los procariotas, el ADN forma un complejo con las proteínas histonas para formar la cromatina, la sustancia de los cromosomas eucariotas. Un cromosoma puede contener decenas de miles de genes. Muchos genes contienen la información para hacer productos proteicos; otros genes codifican para productos de ARN. El ADN controla todas las actividades celulares activando o apagando los genes.

El otro tipo de ácido nucleico, el ARN, está principalmente involucrado en la síntesis de proteínas. En los eucariotas, las moléculas de ADN nunca abandonan el núcleo sino que utilizan un intermediario para comunicarse con el resto de la célula. Este intermediario es el ARN mensajero (ARNm). Otros tipos de ARN, como ARNr, ARNt y microARN, están involucrados en la síntesis de proteínas y su regulación.

Nucleótidos

El ADN y el ARN están constituidos por monómeros conocidos como nucleótidos. Los nucleótidos se combinan entre sí para formar un polinucleótido: ADN o ARN. Cada nucleótido se compone de tres componentes:

1. una base nitrogenada
2. un azúcar pentosa (cinco carbonos)
3. un grupo fosfato

Cada base nitrogenada en un nucleótido está unida a una molécula de azúcar, que está unida a uno o más grupos fosfato.

Figura\(\PageIndex{1}\): ADN y ARN: Un nucleótido se compone de tres componentes: una base nitrogenada, un azúcar pentosa y uno o más grupos fosfato. Los residuos de carbono en la pentosa están numerados de 1′ a 5′ (la prima distingue estos residuos de los de la base, los cuales se numeran sin usar notación prima). La base está unida a la posición 1' de la ribosa, y el fosfato se une a la posición 5'. Cuando se forma un polinucleótido, el fosfato 5' del nucleótido entrante se une al grupo hidroxilo 3' al final de la cadena en crecimiento. Dos tipos de pentosa se encuentran en los nucleótidos, la desoxirribosa (que se encuentra en el ADN) y la ribosa (que se encuentra en el ARN). La desoxirribosa es similar en estructura a la ribosa, pero tiene una H en lugar de un OH en la posición 2′. Las bases se pueden dividir en dos categorías: purinas y pirimidinas. Las purinas tienen una estructura de doble anillo y las pirimidinas tienen un solo anillo.

Base Nitrogenada

Las bases nitrogenadas son moléculas orgánicas y se llaman así porque contienen carbono y nitrógeno. Son bases porque contienen un grupo amino que tiene el potencial de unirse a un hidrógeno extra, y así, disminuir la concentración de iones hidrógeno en su entorno, haciéndolo más básico. Cada nucleótido en el ADN contiene una de las cuatro bases nitrogenadas posibles: adenina (A), guanina (G) citosina (C) y timina (T).

La adenina y la guanina se clasifican como purinas. La estructura primaria de una purina consiste en dos anillos carbono-nitrógeno. La citosina, la timina y el uracilo se clasifican como pirimidinas que tienen un solo anillo carbono-nitrógeno como su estructura primaria. Cada uno de estos anillos básicos de carbono-nitrógeno tiene diferentes grupos funcionales unidos a él. En la taquigrafía de biología molecular, las bases nitrogenadas se conocen simplemente por sus símbolos A, T, G, C y U. El ADN contiene A, T, G y C mientras que el ARN contiene A, U, G y C.

Azúcar de cinco carbonos

El azúcar pentosa en el ADN es desoxirribosa y en el ARN es ribosa. La diferencia entre los azúcares es la presencia del grupo hidroxilo en el segundo carbono de la ribosa e hidrógeno en el segundo carbono de la desoxirribosa. Los átomos de carbono de la molécula de azúcar están numerados como 1′, 2′, 3′, 4′ y 5′ (1′ se lee como “un primo”).

Grupo Fosfato

El residuo fosfato se une al grupo hidroxilo del carbono 5' de un azúcar y al grupo hidroxilo del carbono 3' del azúcar del siguiente nucleótido, el cual forma un enlace fosfodiéster 5′3'. El enlace fosfodiéster no está formado por una simple reacción de deshidratación como los otros enlaces que conectan monómeros en macromoléculas: su formación implica la eliminación de dos grupos fosfato. Un polinucleótido puede tener miles de tales enlaces fosfodiéster.

Puntos Clave

• Los dos tipos principales de ácidos nucleicos son el ADN y el ARN.
• Tanto el ADN como el ARN están hechos de nucleótidos, cada uno de los cuales contiene un esqueleto de azúcar de cinco carbonos, un grupo fosfato y una base nitrogenada.
• El ADN proporciona el código para las actividades de la célula, mientras que el ARN convierte ese código en proteínas para llevar a cabo funciones celulares.
• La secuencia de bases nitrogenadas (A, T, C, G) en el ADN es lo que forma los rasgos de un organismo.
• Las bases nitrogenadas A y T (o U en ARN) siempre van juntas y C y G siempre van juntas, formando el enlace fosfodiéster 5′-3′ que se encuentra en las moléculas de ácido nucleico.

Términos Clave

• nucleótido: el monómero que comprende moléculas de ADN o ARN; consiste en una base heterocíclica nitrogenada que puede ser una purina o pirimidina, un azúcar pentosa de cinco carbonos y un grupo fosfato
• genoma: la información genética completa de la célula empaquetada como una molécula de ADN bicatenario
• monómero: Una molécula relativamente pequeña que puede unirse covalentemente a otros monómeros para formar un polímero.