Los ácidos nucleicos (AN) fueron descubiertos por Freidrich Miescher en 1869.
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| Freidrich Miescher |
En la naturaleza
existen solo dos tipos de ácidos nucleicos: El
ADN (ácido desoxirribonucleico) y el
ARN (ácido
ribonucleico) y están presentes en todas las células.
Su
función biológica no quedó plenamente confirmada hasta que Avery y
sus colaboradores demostraron en 1944 que el ADN era la molécula
portadora de la información genética.
Los ácidos
nucleicos tienen al menos dos funciones: trasmitir las características
hereditarias de una generación a la siguiente y dirigir la síntesis de
proteínas específicas.
Tanto la molécula
de ARN como la molécula de ADN tienen una estructura de forma helicoidal.
Químicamente, estos ácidos están formados, como dijimos, por
unidades llamadas nucleótidos: cada nucleótido a su vez, está formado por tres
tipos de compuestos:
1. Una pentosa o azúcar de cinco carbonos: se conocen dos tipos de
pentosas que forman parte de los nucleótidos, la ribosa y la
desoxirribosa,
esta última se diferencia de la primera por que le falta un
oxígeno y de allí
su nombre. El ADN sólo tiene desoxirribosa y el ARN tiene sólo
ribosa, y de la pentosa que llevan se ha derivado su nombre, ácido
desoxirribonucleico y ácido ribonucleico, respectivamente.
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| Las dos pentosas |
2. Una base
nitrogenada: que son compuestos anillados que contienen nitrógeno. Se pueden
identificar cinco de ellas: adenina, guanina, citosina, uracilo y timina.
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| Las cinco bases nitrogenadas |
3. Un radical
fosfato: es derivado del ácido fosfórico (H3PO4-).
Los AN son polímeros lineales en los que la unidad repetitiva, llamada nucleótido (figura de la izquierda), está constituida por: (1) una pentosa (la ribosa o la desoxirribosa), (2) ácido fosfórico y (3) una base nitrogenada (purina o pirimidina).
La unión de la pentosa con una base constituye un nucleósido (zona coloreada de la figura). La unión mediante un enlace éster entre el nucleósido y el ácido fosfórico da lugar al nucleótido.
La secuencia de los nucleótidos determina el código
de cada ácido nucleico particular. A su vez, este código indica a la célula
cómo reproducir un duplicado de sí misma o las proteínas que necesita para su
supervivencia.
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| Union de moleculas de ADN |
El ADN y el ARN se diferencian porque:
- el peso molecular del ADN es generalmente mayor que el del ARN
- el azúcar del ARN es ribosa, y el del ADN es desoxirribosa
- el ARN contiene la base nitrogenada uracilo,
mientras que el ADN presenta timina
La configuración espacial del ADN es la de un doble
helicoide, mientras que el ARN es un polinucleótido lineal, que ocasionalmente puede presentar apareamientos intracatenarios
Ácido Desoxirribonucleico (ADN)
El
Ácido Desoxirribonucleico o ADN (en inglés DNA) contiene la información
genética de todos los seres vivos.
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| Molécula de ADN con sus estructura helicoidal |
Cada
especie viviente tiene su propio ADN y en los humanos es esta cadena la que
determina las características individuales, desde el color de los ojos y el
talento musical hasta la propensión a determinadas enfermedades.
Es como
el código de barra de todos los organismos vivos que existen en la tierra, que
está formado por segmentos llamados genes.
La
combinación de genes es específica para cada organismo y permite
individualizarnos. Estos genes provienen de la herencia
de nuestros padres y por ello se utiliza los tests de
ADN para determinar el parentesco de alguna persona.
Además,
se utiliza el ADN para identificar a sospechosos en crímenes (siempre y cuando
se cuente con una muestra que los relacione).
Actualmente
se ha determinado la composición del
genoma
humano que permite identificar y hacer terapias para las enfermedades que
se trasmiten genéticamente como: enanismo, albinismo, hemofilia, daltonismo,
sordera, fibrosis quística, etc.
Agentes
mutagénicos y las diferentes alteraciones que pueden producir en el ADN
Las mutaciones pueden surgir de forma espontánea (mutaciones
naturales) o ser inducidas de manera artificial (mutaciones inducidas) mediante
radiaciones y determinadas sustancias químicas a las que llamamos agentes
mutágenos. Estos agentes aumentan significativamente la frecuencia normal de
mutación. Así pues, distinguimos:
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| Otra imagen para la molécula de ADN |
1) Radiaciones, que, según sus efectos, pueden ser:
a) No ionizantes, como
los rayos ultravioleta (UV) que son muy absorbidas por el ADN y favorecen la
formación de enlaces covalentes entre pirimidinas contiguas (dímeros de timina,
por ejemplo) y la aparición de formas tautómeras que
originan mutaciones génicas.
b) Ionizantes, como los
rayos X y los rayos gamma, que son mucho más energéticos que los UV; pueden
originar formas tautoméricas, romper los anillos de
las bases nitrogenadas o los enlaces fosfodiéster con
la correspondiente rotura del ADN y, por consiguiente, de los cromosomas.
2) Sustancias químicas que reaccionan con el ADN y que pueden provocar las alteraciones siguientes:
a) Modificación de bases
nitrogenadas. Así, el HNO2 las desamina,
la hidroxilamina les adiciona grupos hidroxilo, el
gas mostaza añade grupos metilo, etilo, ...
b) Sustitución de una
base por otra análoga. Esto provoca emparejamientos entre bases distintas de
las complementarias.
c) Intercalación de
moléculas. Se trata de moléculas parecidas a un par de bases enlazadas, capaces
de alojarse entre los pares de bases del ADN. Cuando se produce la duplicación
pueden surgir inserciones o deleciones de un par de
bases con el correspondiente desplazamiento en la pauta de lectura.
Ácido Ribonucleico (ARN): El “ayudante” del ADN
Ácido nucleico formado por nucleótidos en los
que el azúcar es ribosa, y las bases nitrogenadas son adenina, uracilo, citosina y guanina. Actúa como intermediario y
complemento de las instrucciones genéticas codificadas en el ADN.
La
información genética está, de alguna manera, escrita en la molécula del ADN,
por ello se le conoce como “material genético”. Por esto, junto con el ácido ribonucleico (ARN) son
indispensables para los seres vivos.
El ARN hace de ayudante del ADN en la
utilización de esta información. Por eso en una célula eucariótica (que
contiene membrana nuclear) al ADN se lo encuentra sólo en el núcleo, ya sea
formando a los genes, en cambio, al ARN se lo puede encontrar tanto en el
núcleo como en el citoplasma.
Básicamente, la relación entre el ADN, el ARN y las proteínas se
desarrolla como un flujo de actividad celular. Dicho flujo, que hoy
constituye el dogma central de la biología molecular, podríamos
graficarlo así:
ADN --------> ARN ----------------> PROTEINAS
replicación --> transcripción --> traducción
Descriptivamente, diremos que el
ADN dirige su propia
replicación y su
transcripción o síntesis a ARN
(reacción anabólica), el cual a su vez dirige su
traducción (reacción anabólica) a proteínas.
De lo anterior se desprende que la transcripción (o
trascripción) es el proceso a través del cual se forma el ARN a partir
de la información del ADN con la finalidad de sintetizar proteínas
(traducción).
Para mayor comprensión, el proceso de síntesis de ARN o
transcripción, consiste en hacer una copia complementaria de un trozo
de ADN. El ARN se diferencia estructuralmente del ADN en el azúcar, que
es la ribosa y en una base, el uracilo, que reemplaza a la timina.
Además el ARN es una cadena sencilla.
El ADN, por tanto, sería la "copia maestra" de la información genética, que permanece en "reserva" dentro del núcleo.
El ARN, en cambio, sería la "copia de trabajo" de la información genética. Este ARN que lleva las instrucciones (traducción) para la síntesis de proteínas se denomina ARN mensajero(ARNm).
La replicación y la transcripción difieren en un aspecto muy
importante, durante la replicación se copia el cromosoma de ADN
completo, pero la transcripción es selectiva, se puede regular.
El ARNm
ARN mensajero:
molécula de ARN que representa una copia en negativo de las secuencias de
aminoácidos de un gen. Las secuencias no codificantes (intrones) han sido ya extraídas.
El ARNm es un completo reflejo de las bases del ADN, es muy
heterogéneo con respecto al tamaño, ya que las proteínas varían mucho
en sus pesos moleculares. Es capaz de asociarse con ribosomas para la
síntesis de proteínas y poseen una alta velocidad de recambio.
El ARN mensajero
es una cadena simple, muy similar a la del ADN, pero difiere en que el azúcar
que la constituye es ligeramente diferente (se llama Ribosa, mientras que la
que integra el ADN es Desoxi Ribosa). Una de las
bases nitrogenadas difiere en el ARN y se llama Uracilo,
sustituyendo a
la Timina.
Tipos de ARN
Los productos de la transcripción no son sólo ARNm. Existen varios
tipos diferentes de ARN, relacionados con la síntesis de proteínas. Así, existe
ARN mensajero (ARNm), ARN ribosómico (ARNr), ARN traductor (ARNt)
y un ARN heterogéneo nuclear (ARN Hn).
Dentro del ADN hay genes que codifican para ARNt y ARNr.
ARNHn
ARN heterogéneo
nuclear = ARNm primario: localizado en el núcleo y de
tamaño variable. Precursor del ARN mensajero, se transforma en él tras la
eliminación de los intrones, las secuencias que no
codifican genes.
Con pocas
excepciones el ARNm posee una secuencia de cerca de
200 adeninas (cola de poli A), unida a su extremo 3' que no es codificada por
el ADN.
Codones y aminoácidos
La información para
la síntesis de aminoácidos está codificada en forma de tripletes, cada tres
bases constituyen un codón que determina un
aminoácido. Las reglas de correspondencia entre codones y aminoácidos constituyen el código genético.
La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma. Los aminoácidos son transportados
por el ARN de transferencia, específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero, dónde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARN
de transferencia, por complementariedad de bases, y de ésta forma se sitúan en
la posición que les corresponde.
Una vez finalizada la síntesis de una
proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo. De hecho, es
muy frecuente que antes de que finalice una proteína ya está
comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está siendo
utilizada por varios ribosomas simultáneamente.
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