Ácidos Nucleicos:

Moléculas de la Información Genética

Los ácidos nucleicos son las moléculas implicadas en el almacenamiento, transmisión y expresión de la información genética.

Enlace Fosfodiéster. Funciones de los Nucleótidos

Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos, los cuales, a su vez, están formados por la unión química de bases nitrogenadas, pentosas y ácido fosfórico.

* Bases Nitrogenadas

Son compuestos heterocíclicos con átomos de nitrógeno en el anillo y con carácter básico. Las bases presentes en los nucleótidos son de dos tipos:

• Bases púricas, (A) (G),
• Bases pirimidínicas, (C), (T) (U),

Pentosas

Ribosa y Desoxirribosa. Los nucleósidos están compuestos por la unión de una pentosa (por el carbono 1) y una base nitrogenada mediante un enlace N-glucosídico (pentosa + base nitrogenada → nucleósido + H₂O). El compuesto resultante se nombra con el nombre de la base nitrogenada seguido del sufijo –osina, para el caso de las bases púricas, o –idina, para el caso de las pirimidínicas.

Los nucleótidos resultan de la unión de un nucleósido con el ácido fosfórico mediante un enlace éster entre el grupo alcohol del carbono 5′ de la pentosa.

–Nucleósido + ácido fosfórico → nucleótido + H₂O–

Otras Funciones de los Nucleótidos

• Los fosfatos de adenosina: ADP y ATP. AMP y AMP cíclico (AMPc). Actúan como intermediarios en las reacciones metabólicas en las que se libera o consume energía, ya que los enlaces entre fosfatos de los nucleótidos acumulan energía química que puede transferirse a otras sustancias cuando dichos enlaces se hidrolizan.
  ATP + H₂O → ADP + Pi + Energía
  ADP + H₂O → AMP + Pi + Energía.
  El AMP cíclico (AMPc) es una forma de AMP cuyo grupo fosfato forma enlaces éster con los carbonos 5′ y 3′ de la ribosa, de manera que la molécula adquiere una estructura cíclica. Este nucleótido actúa cuando una hormona ha de desencadenar una respuesta en una célula y no puede atravesar la membrana celular, se fija a un receptor de membrana que activa una proteína capaz de sintetizar AMPc en el interior de la célula y es esta sustancia la que activa las enzimas necesarias para dar respuesta a la señal recibida del exterior.
• Las coenzimas derivadas de nucleótidos: FAD, FMN, NAD y Coenzima A (CoA). Las coenzimas son sustancias orgánicas no proteicas que se unen activamente a las enzimas para que éstas realicen su función. No son específicas de reacción y no de sustrato y muchas de ellas son compuestos derivados de los nucleótidos. Pueden actuar uniéndose temporalmente al enzima para facilitar su acción catalítica sobre el sustrato, o bien uniéndose al sustrato para provocar un cambio en su estructura que facilite la acción enzimática.
  Los flavín nucleótidos son nucleótidos con una base nitrogenada denominada flavina. Estas sustancias actúan como coenzimas en las reacciones de oxidación-reducción del metabolismo celular en las que un sustrato ha de ganar o ceder electrones, ya que la flavina tiene una forma oxidada, una reducida y una intermedia o radical:
  FAD + H⁺ + e^– → FAD* + H⁺ + e^– → FADH₂//
  El flavín mononucleótido (FMN) tiene un solo nucleótido con flavina y el FAD tiene dos, uno con flavina y otro con adenina.
  Los piridín nucleótidos están formados por dos nucleótidos, uno con flavina y otro con nicotinamida (vitamina P-P), que unida a la ribosa da piridina. También intervienen en reacciones de óxido-reducción.
  NAD⁺ + H⁺ + 2e^– → NADH—
  El nicotín adenín dinucleótido fosfato (NADP⁺) contiene además un grupo fosfato.
  La coenzima A (CoA) es un derivado del ADP, que se une a los ácidos orgánicos formando con ellos enlaces tio-éster (R-CO-ScoA) en cuya forma participan en el metabolismo.

Enlace Fosfodiéster. Polinucleótidos

Los nucleótidos se unen formando largas cadenas mediante enlace fosfodiéster, en el cual el fosfato de un nucleótido, unido al carbono 5′ de la pentosa, se une también por un enlace éster al carbono 3′ de la pentosa del nucleótido siguiente.

Tipos de Ácidos Nucleicos. Estructura, Localización y Funciones

Si la pentosa de los nucleótidos es la ribosa, se forman los polirribonucleótidos, que dan lugar a los distintos tipos de ácido ribonucleico (RNA). Si la pentosa de los nucleótidos es la desoxirribosa, se forman los polidesoxirribonucleótidos, que dan lugar al ácido desoxirribonucleico (DNA). Las diferencias entre DNA y RNA se resumen en la siguiente tabla:

Estructura del ADN

• Estructura primaria, que hace referencia a la secuencia de nucleótidos leída en el sentido 5’→3′.
• Secundaria: doble hélice. Las características de esta estructura son las siguientes:
  • Está constituida por dos cadenas arrolladas alrededor de un eje imaginario formando una doble hélice con sentido dextrógiro.
  • Las dos cadenas son antiparalelas 5’→3′ (5′ es el carbono libre de la primera pentosa y 3′ el carbono libre de la última pentosa) y la otra sentido 3’→5′ (3′ es el carbono libre de la primera pentosa y 5′ el carbono libre de la última pentosa).
  • Las bases nitrogenadas se disponen en el interior y en planos perpendiculares al eje de la doble hélice y se unen mediante puentes de H.
  • En la doble cadena se distinguen un surco mayor y un surco menor.
  • Cada 34 Å (un Å equivale a 10^-10 m) se disponen 10 pares de bases en un paso de rosca completo.

Variantes de la Doble Hélice de DNA

• ADN-B (hélice dextrógira), que es la que aparece en concentraciones acuosas de baja salinidad y que es la forma biológica predominante.
  En condiciones de alta salinidad o de deshidratación se puede encontrar la forma DNA-A, que es ligeramente más compacta (11 pares de bases por vuelta) y tiene un diámetro algo mayor (23 Å en lugar de los 20 de la forma B). Otra es la forma DNA-Z es levógira y solo contiene pares C-G. Algunos virus presentan DNA monocatenario como material genético.

Estructura del RNA

• RNA mensajero o mRNA.- La mayor parte de la molécula, de elevado peso molecular, es un filamento monocatenario sin arrollar.
• RNA ribosómico o rRNA.- Está formado por cadenas largas que presentan numerosos plegamientos.
• RNA transferente o tRNA.- Es de las moléculas más pequeñas de RNA y adopta una disposición en hoja de trébol, que determinan cuatro regiones diferentes: el brazo aceptor, por cuyo extremo se unen al aminoácido correspondiente (determinado por el código genético) y el brazo que contiene el anticodón, que es una secuencia de tres bases y que determinan el aminoácido que se va a insertar en la proteína.

Desnaturalización e Hibridación del DNA / Técnica de la PCR

• Desnaturalización.- Consiste en la separación de las dos hebras por la rotura de los puentes de H. Fuera del medio celular se consigue por calentamiento.
• Hibridación.- Las dos cadenas pueden volver a unirse cuando desciende la temperatura al valor adecuado. Si se desnaturalizan cadenas de DNA de distinta procedencia se pueden obtener moléculas híbridas cuando se enfríe la solución, que serán más o menos estables en función de que tengan más o menos regiones complementarias en sus cadenas.

Expresión de la Información Genética

La molécula de ADN forma los cromosomas, que son las estructuras que contienen la información genética. Esta información reside en la secuencia de bases y está escrita en un lenguaje de 4 letras A, C, T, G. Los ARN encargados de llevar la información del ADN a los ribosomas. Los ARN transferentes (ARNt) son los que se encargan de llevar los aminoácidos correspondientes a los ribosomas en los que se lleva a cabo la síntesis de proteínas. El código genético: permite traducir de un lenguaje de nucleótidos a un lenguaje de aminoácidos.