Ácidos nucleicos representan una de las cuatro categorías principales de biomoléculas, que son las sustancias que forman las células. Los otros son proteínas, carbohidratos y lípidos (o grasas).
Ácidos nucleicos, que incluyen ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico), se diferencian de las otras tres biomoléculas en que no pueden metabolizarse para suministrar energía al organismo parental.
(Es por eso que no ve "ácido nucleico" en las etiquetas de información nutricional).
Funciones y conceptos básicos de los ácidos nucleicos
La función del ADN y el ARN es almacenar información genética. Se puede encontrar una copia completa de su propio ADN en el núcleo de casi todas las células de su cuerpo, lo que hace que esta agregación de ADN se llame cromosomas en este contexto, más bien como el disco duro de una computadora portátil.
En este esquema, una longitud de ARN del tipo llamado ARN mensajero contiene las instrucciones codificadas para un solo producto proteico (es decir, contiene un solo gen) y, por lo tanto, es más como una "memoria USB" que contiene un solo archivo importante.
El ADN y el ARN están estrechamente relacionados. La única sustitución de un átomo de hidrógeno (–H) en el ADN por un grupo hidroxilo (–OH) unido al correspondiente átomo de carbono en el ARN explica toda la diferencia química y estructural entre los dos ácidos nucleicos.
Sin embargo, como verá, como sucede tan a menudo en química, lo que parece una pequeña diferencia a nivel atómico tiene consecuencias prácticas obvias y profundas.
Estructura de los ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos están formados por nucleótidos, que son sustancias que a su vez constan de tres grupos químicos distintos: a azúcar pentosa, uno a tres grupos fosfato y un base nitrogenada.
El azúcar pentosa en el ARN es ribosa, mientras que en el ADN es desoxirribosa. Además, en los ácidos nucleicos, los nucleótidos solo tienen un grupo fosfato. Un ejemplo de un nucleótido bien conocido que cuenta con múltiples grupos fosfato es ATPo trifosfato de adenosina. ADP (difosfato de adenosina) participa en muchos de los mismos procesos que realiza el ATP.
Las moléculas individuales de ADN pueden ser extraordinariamente largo y puede extenderse a lo largo de un cromosoma completo. Las moléculas de ARN tienen un tamaño mucho más limitado que las moléculas de ADN, pero aún se califican como macromoléculas.
Diferencias específicas entre ADN y ARN
Ribosa (el azúcar del ARN) tiene un anillo de cinco átomos que incluye cuatro de los cinco carbonos del azúcar. Tres de los otros están ocupados por grupos hidroxilo (–OH), uno por un átomo de hidrógeno y otro por un grupo hidroximetilo (–CH2OH).
La única diferencia en desoxirribosa (el azúcar del ADN) es que uno de los tres grupos hidroxilo (el que está en la posición de 2 carbonos) se ha ido y es reemplazado por un átomo de hidrógeno.
Además, aunque tanto el ADN como el ARN tienen nucleótidos con una de las cuatro posibles bases nitrogenadas incluidas, estas varían ligeramente entre los dos ácidos nucleicos. El ADN presenta adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina. mientras que el ARN tiene A, C y G pero uracilo (U) en lugar de timina.
Tipos de ácidos nucleicos
La mayoría de las diferencias funcionales entre el ADN y el ARN se relacionan con sus funciones marcadamente diferentes en las células. El ADN es donde se almacena el código genético para la vida, no solo la reproducción, sino también las actividades de la vida diaria.
El ARN, o al menos el ARNm, es responsable de recopilar la misma información y llevarla a los ribosomas. fuera del núcleo donde se construyen las proteínas que permiten la realización de los mencionados procesos metabólicos ocupaciones.
La secuencia de bases de un ácido nucleico es donde se transportan sus mensajes específicos, y el nitrógeno Por lo tanto, se puede decir que las bases son responsables en última instancia de las diferencias en los animales de la misma especie, que es, diferentes manifestaciones del mismo rasgo (por ejemplo, color de ojos, patrón de vello corporal).
Emparejamiento de bases en ácidos nucleicos
Dos de las bases de los ácidos nucleicos (A y G) son purinas, mientras que dos (C y T en el ADN; C y U en ARN) son pirimidinas. Las moléculas de purina contienen dos anillos fusionados, mientras que las pirimidinas tienen solo uno y son más pequeñas en general. Como pronto aprenderá, la molécula de ADN es doble cadena debido a la unión entre los nucleótidos en hebras adyacentes.
Una base de purina solo puede unirse con una base de pirimidina, porque dos purinas ocuparían demasiado espacio entre hebras y dos pirimidinas muy poco, siendo una combinación de purina-pirimidina la correcta Talla.
Pero las cosas están más estrictamente controladas que esto: en ácidos nucleicos, Ase une solo aT (oU en ARN), mientras que C se une solo a G.
Estructura del ADN
La descripción completa de la molécula de ADN como hélice de doble hebra en 1953 por James Watson y Francis Crick finalmente le valieron al dúo un Premio Nobel, aunque el trabajo de difracción de rayos X de Rosalind Franklin en los años previos a este logro fue fundamental para el éxito de la pareja y, a menudo, se subestima en libros de historia.
En naturaleza, El ADN existe como una hélice porque esta es la forma energéticamente más favorable para el conjunto particular de moléculas que contiene.
Las cadenas laterales, las bases y otras porciones de la molécula de ADN experimentan la combinación correcta de atracciones electroquímicas y electroquímicas. repulsiones para que la molécula sea más "cómoda" en la forma de dos espirales, ligeramente desplazadas una de la otra, como una espiral entrelazada escaleras.
Unión entre componentes de nucleótidos
Las cadenas de ADN constan de grupos fosfato alternos y residuos de azúcar, con las bases nitrogenadas unidas a una parte diferente de la porción de azúcar. Una cadena de ADN o ARN se alarga gracias a los enlaces de hidrógeno que se forman entre el grupo fosfato de un nucleótido y el residuo de azúcar del siguiente.
Específicamente, el fosfato en el carbono número 5 (a menudo escrito 5 ') del nucleótido entrante está unido en lugar del grupo hidroxilo en el carbono número 3 (o 3 ') del polinucleótido en crecimiento (nucleótidos pequeños ácido). Esto se conoce como enlace fosfodiéster.
Mientras tanto, todos los nucleótidos con bases A están alineados con nucleótidos con bases T en el ADN y nucleótidos con bases U en el ARN; C se empareja de forma única con G en ambos.
Se dice que las dos hebras de una molécula de ADN son complementario el uno al otro, porque la secuencia de bases de uno se puede determinar utilizando la secuencia de bases del otro gracias al esquema simple de emparejamiento de bases que observan las moléculas de ácido nucleico.
La estructura del ARN
El ARN, como se señaló, es extraordinariamente similar al ADN a nivel químico, con solo una base nitrogenada entre cuatro diferentes y un solo átomo de oxígeno "extra" en el azúcar del ARN. Obviamente, estas diferencias aparentemente triviales son suficientes para asegurar un comportamiento sustancialmente diferente entre las biomoléculas.
En particular, el ARN es monocatenario. Es decir, no verá el término "hebra complementaria" utilizado en el contexto de este ácido nucleico. Sin embargo, diferentes porciones de la misma hebra de ARN pueden interactuar entre sí, lo que significa que la forma del ARN en realidad varía más que la forma del ADN (invariablemente una doble hélice). En consecuencia, existen numerosos tipos diferentes de ARN.
Tipos de ARN
- ARNm, o ARN mensajero, utiliza un apareamiento de bases complementarias para transportar el mensaje que el ADN le da durante la transcripción a los ribosomas, donde ese mensaje se traduce en síntesis de proteínas. La transcripción se describe en detalle a continuación.
- ARNr, o ARN ribosómico, constituye una porción considerable de la masa de ribosomas, las estructuras dentro de las células responsables de la síntesis de proteínas. El resto de la masa de ribosomas se compone de proteínas.
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ARNt, o transferencia de ARN, juega un papel crítico en la traducción al transportar los aminoácidos destinados a la cadena polipeptídica en crecimiento al lugar donde se ensamblan las proteínas. Hay 20 aminoácidos en la naturaleza, cada uno con su propio ARNt.
Una longitud representativa de ácido nucleico
Imagínese que se le presenta una cadena de ácido nucleico con la secuencia de bases AAATCGGCATTA. Basándose únicamente en esta información, debería poder concluir dos cosas rápidamente.
Uno, que esto es ADN, no ARN, como lo revela la presencia de timina (T). Lo segundo que puede decir es que la hebra complementaria de esta molécula de ADN tiene la secuencia de bases TTTAGCCGTAAT.
También puede estar seguro de la cadena de ARNm que resultaría de esta cadena de ADN sometida a transcripción de ARN. Tendría el mismo secuencia de bases como el hebra de ADN complementaria, con cualquier caso de timina (T) reemplazada por uracilo (U).
Esto se debe a que la replicación del ADN y la transcripción del ARN operan de manera similar en que la hebra hecha a partir de la hebra molde es no un duplicado de esa hebra, pero su complemento o el equivalente en ARN.
Replicación de ADN
Para que una molécula de ADN haga una copia de sí misma, las dos hebras de la doble hélice deben separarse en las proximidades de la copia. Esto se debe a que cada hebra se copia (replica) por separado y a que las enzimas y otras moléculas que participan en Replicación de ADN necesitan espacio para interactuar, lo que no proporciona una doble hélice. Por lo tanto, las dos hebras se separan físicamente y se dice que el ADN es desnaturalizado.
Cada hebra separada de ADN hace que una nueva hebra sea complementaria a sí misma y permanece unida a ella. Entonces, en cierto sentido, nada es diferente en cada nueva molécula de doble hebra de su madre. Químicamente, tienen la misma composición molecular. Pero una de las hebras en cada doble hélice es nueva, mientras que la otra queda de la replicación misma.
Cuando la replicación del ADN ocurre simultáneamente a lo largo de hebras complementarias separadas, la síntesis de las nuevas hebras en realidad ocurre en direcciones opuestas. Por un lado, la nueva hebra simplemente crece en la dirección en que el ADN se "descomprime" a medida que se desnaturaliza.
Por otro lado, sin embargo, se sintetizan pequeños fragmentos de ADN nuevo. fuera desde la dirección de separación de las hebras. Estos se denominan fragmentos de Okazaki y se unen mediante enzimas después de alcanzar una cierta longitud. Estas dos nuevas hebras de ADN son antiparalelo el uno al otro.
Transcripción de ARN
Transcripción de ARN es similar a la replicación del ADN en el sentido de que se requiere la desvinculación de las cadenas de ADN para que comience. El ARNm se produce a lo largo del molde de ADN mediante la adición secuencial de nucleótidos de ARN por la enzima ARN polimerasa.
Esta transcripción inicial de ARN creada a partir del ADN crea lo que llamamos pre-ARNm. Esta hebra de pre-ARNm contiene tanto intrones y exones. Los intrones y exones son secciones dentro del ADN / ARN que codifican o no partes del producto génico.
Intrones son secciones sin codificación (también llamadas "En tsecciones erróneas ") mientras exones son secciones de codificación (también llamadas "exsecciones presionadas ").
Antes de que esta hebra de ARNm abandone el núcleo para traducirse en una proteína, las enzimas dentro del núcleo eliminan, es decir, cortan, los intrones, ya que no codifican nada en ese gen en particular. Luego, las enzimas conectan las secuencias de intrones restantes para obtener la cadena de ARNm final.
Una hebra de ARNm generalmente incluye exactamente la secuencia de bases necesaria para ensamblar una proteína única corriente abajo en el traducción proceso, lo que significa que una molécula de ARNm normalmente lleva la información de una gene. Un gen es una secuencia de ADN que codifica un producto proteico en particular.
Una vez que se completa la transcripción, la cadena de ARNm se exporta fuera del núcleo a través de los poros de la envoltura nuclear. (Las moléculas de ARN son demasiado grandes para difundirse simplemente a través de la membrana nuclear, al igual que el agua y otras moléculas pequeñas). Luego se "acopla" con ribosomas en el citoplasma o dentro de ciertos orgánulos, y síntesis de proteínas es iniciado.
¿Cómo se metabolizan los ácidos nucleicos?
Los ácidos nucleicos no se pueden metabolizar como combustible, pero pueden crearse a partir de moléculas muy pequeñas o descomponerse desde su forma completa en partes muy pequeñas. Los nucleótidos se sintetizan mediante reacciones anabólicas, a menudo a partir de nucleósidos, que son nucleótidos menos cualquier grupo fosfato (es decir, un nucleósido es un azúcar ribosa más una base nitrogenada).
El ADN y el ARN también pueden degradarse: de nucleótidos a nucleósidos, luego a bases nitrogenadas y finalmente a ácido úrico.
La descomposición de los ácidos nucleicos es importante para salud en general. Por ejemplo, la incapacidad para descomponer las purinas está relacionada con la gota, una enfermedad dolorosa que afecta a algunas de las articulaciones gracias a los depósitos de cristales de urato en esos lugares.