Ácidos nucleicos

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas construidas con largas cadenas (secuencia) de monómeros llamados nucleótidos. Los ácidos nucleicos funcionan de manera primaria en el almacenamiento y transmisión de la información genética, pero también pueden tener funciones estructurales y catalíticas. Hay dos tipos de ácidos nucleicos que se hallan en los organismos vivos, ácido desoxiribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN).

El ADN es el material genético de todos los organismos celulares y el ARN efectúa esta tarea para muchos virus.

Referencias bibliográficas

1. Alberts B, Bray D, Johnson A. Lewis J, Raff M, Roberts K y Walter P. Introducción a la Biología Celular (tercera edición). México: Editorial Médica Panamericana. 2011.
2. Berg J, Stryer L y Timoczko J. Bioquímica (sexta edición). Barcelona: Reverté. 2008.
3. Cooper G. La célula (septima edición). Madrid: Marbán. 2010
4. Lehninger A, Nelson D y Cox M. Lehninger. Principios de Bioquímica (quinta edición). Estados Unidos: W. H. Freeman and Company. 2008.

Nota: la elaboración de este recurso estuvo basada en ideas e imágenes extraídas de los materiales bibliográficos aquí referenciados.

Ácidos nucleicos Se forman con subunidades de nucleótidos que contienen carbono, hidrogeno, nitrógeno y fósforo.

Ácidos nucleicos de cadena larga: formados por largas cadenas de nucleótidos.

Material genético de todas las células.

Nucleótidos: monómeros individuales.

En las células transfiere la información del ADN a las proteínas. También es el material genético de algunos virus.

Ácido desoxirribonucleico (ADN)

Ácido ribonucleico (ARN)

Adenosín trifosfato (ATP)

La mayor parte de la energía utilizable por todo organismo viviente en cualquier momento se deriva del nucleótido trifosfato de adenosina (ATP).

Clase de molécula

Clase de molécula

Ejemplos

Función

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son cadenas largas de subunidades similares llamadas nucleótidos. Todos éstos tienen una estructura de tres partes: un azúcar de cinco carbonos (ribosa o desoxirribosa), un grupo fosfato y una base nitrogenada que difiere entre los nucleótidos.

Azúcar

Base

Azúcar

Azúcar: ribosa y desoxirribosa El azúcar es una pentosa, con cinco átomos de carbono que adquiere estructuras heterocíclicas, tipo furano (β-furanosas), a través de la esterificación del oxígeno del grupo carbonilo aldehídico con el hidroxilo del último carbón asimétrico de la molécula, que puede ser de dos tipos: ribosa o desoxirribosa, la diferencia entre ambas es que en la desoxirribosa falta un hidroxilo en el carbono 2’. En el ácido desoxirribonucleico (ADN), el azúcar es la desoxirribosa, mientras que en el acido ribonucleico (ARN), el azúcar es la ribosa.

Base

La base nitrogenada es una molécula de estructura cíclica con átomos de nitrógeno, que es capaz de captar H+ del medio, de ahí su carácter de base.

Bases nitrogenadas

Citosina

Guanina

Timina

Adenina

Uracilo

Purinas

Pirimidinas

Heterociclo de 9 puntas

Heterociclo de 6 puntas

Adenina

Guanina

Citosina

Timina La timina solo esta presente en el ADN

Uracilo El uracilo solo esta presente en el ARN

Nucleósidos

Los nucleósidos son derivados de purinas y pirimidinas que tienen un azúcar ligado a un anillo de nitrógeno. Se numeran como primados (por ejemplo, 2’ o 3') para distinguir los átomos del azúcar de los de la base heterocíclica. El azúcar en ribonucleósidos es D-ribosa y en desoxirribonucleósidos es 2-desoxi-D-ribosa. El azúcar está vinculado a la base heterocíclica a través de un enlace N-glicosídico, casi siempre a N-1 de una pirimidina o a N-9 de una purina.

Desoxirribonucleósidos

Ribonucleósidos

Desoxirribonucleósidos

Ribonucleósidos

Nucleótidos

Los nucleótidos son moléculas orgánicas formadas por la unión covalente de un monosacárido de cinco carbonos (pentosa), una base nitrogenada y un grupo fosfato. Son los monómeros de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), los cuales forman cadenas lineales de miles o millones de nucleótidos, pero también realizan funciones importantes como moléculas libres (por ejemplo, el ATP o el GTP).

El ARN esta formado por

El ADN esta formado por

ribonucleótidos

desoxirribonucleótidos

Desoxirribonucleótidos

Ribonucleótidos

La estructura del ADN

• El DNA contiene dos diferentes pirimidinas, la timina (T) y la citosina (C), y dos distintas purinas, guanina (G) y adenina (A). Los nucleótidos están unidos de forma covalente el uno con el otro y forman un polímero lineal o cadena, con un esqueleto compuesto de azúcares que se alternan, y grupos fosfato unidos por enlaces del tipo 3′-5′ fosfodiéster.

• Las bases unidas a cada azúcar se proyectan desde el esqueleto y se asemejan a una columna de estructuras apiladas.

• Los nucleótidos tienen una estructura polarizada: un extremo donde se localiza el fosfato y se conoce como el extremo 5′ (extremo cinco prima terminal), mientras el otro extremo es el 3′ terminal.

Puentes de hidrógeno

C - G

A - T

T - A

G - C

Haga clic en los puentes de hidrógeno para ampliar la información.

En las hebras enfrentadas A se complementa con T, y G se complementa con C.

Puentes de hidrógeno entre adenina-timina Debido a que una A en una cadena está siempre unida mediante puentes de hidrogeno a una T en la otra cadena, y una G a una C, la secuencia de nucleótidos de las dos cadenas está siempre fija en relación con la otra. Debido a esta relación, se dice que las dos cadenas de la doble hélice son complementarias entre sí.

Puentes de hidrógeno entre citosina-guanina Una pirimidina, en una cadena, está siempre apareada con una purina en la cadena complementaria. Este ordenamiento produce una molécula que es de 2 nm de ancho a lo largo de toda su estructura.

Puentes de hidrógeno entre adenina-timina Debido a que una A en una cadena está siempre unida mediante puentes de hidrogeno a una T en la otra cadena, y una G a una C, la secuencia de nucleótidos de las dos cadenas está siempre fi ja en relación con la otra. Debido a esta relación, se dice que las dos cadenas de la doble hélice son complementarias entre sí.

Puentes de hidrógeno entre citosina-guanina Una pirimidina, en una cadena, está siempre apareada con una purina en la cadena complementaria. Este ordenamiento produce una molécula que es de 2 nm de ancho a lo largo de toda su estructura.

La estructura del ADN

• Las dos cadenas del DNA comprenden una doble hélice que discurre en dirección opuesta, es decir, son antiparalelas. Esto significa que si una cadena está alineada en la dirección 5′ → 3′, la cadena compañera debe estar alineada en dirección 3′ → 5′.

• El esqueleto (azúcar-fosfato-azúcar-fosfato) se localiza en el exterior de la molécula con dos grupos de bases que se proyectan hacia el centro. Los grupos fosfato confieren a la molécula carga negativa.

• Las interacciones hidrófobas y las fuerzas de van der Waals entre las bases planares apiladas suministran estabilidad a la molécula del ADN.

Apareamiento de bases de Watson y Crick

Apareamiento de pares de bases de Watson y Crick

• Las dos cadenas del ADN se conservan unidas mediante puentes de hidrógeno entre las bases de una cadena y sus correspondientes bases sobre la otra.

• La fuerza de los puentes de hidrógeno es aditiva, de modo que un gran número de ellos mantienen las cadenas juntas y confieren la estabilidad a la doble hélice de la molécula de DNA.

A-T están unidas por dos puentes Hidrógeno y C-G por tres.

Funciones del ADN

Almacén de la información genética. Como material genético, el ADN contiene las instrucciones que determinan todas las características heredables que un organismo puede exhibir. En términos moleculares, el ADN contiene la información para el orden específico de aminoácidos de todas las proteínas que sintetiza el organismo.Replicación y herencia. El ADN debe contiene la información para la síntesis de nuevas cadenas de ADN (replicación). La replicación del ADN permite que las instrucciones genéticas se transmitan de una célula a sus células hijas y, de esta forma, de un individuo a su descendencia.

¿Qué es un gen?

¿Qué es el ADN y cómo funciona?

¿Qué es un cromosoma?

El ARN

Una célula típica contiene 10 veces más ARN que ADN. El azúcar presente en el ARN es la ribosa. Por este motivo, el ARN es químicamente inestable y se hidroliza fácilmente. En el ARN, la base que se aparea con la A es U, a diferencia del ADN, en el cual la A se aparea con T. Los principales tipos de ARN, se muestran en la figura.

Funciones

Funciones del RNA Almacenamiento/ transferencia de la información genética

• Genomas virales (ssRNA, dsRNA).
• mRNA

Estructural y catalítica

• Estructura de ribosomas
• Actividad peptidil transferasa

Reguladora

• siRNA (small interference RNA, suprime la expresión de genes específicos mediante interferencia).
• miRNA (microRNA, tiene la capacidad de regular la expresión de otros genes).

Principales tipos de ARN

Se encarga de transportar la información que contiene el ADN a los ribosomas.

ARN mensajero

ARN de transferencia

ARN ribosómico

Transportan los aminoácidos según la secuencia determinada por el ARNm.

Junto a proteínas constituyen la estructura de los ribosomas, lugar donde se unen los aminoácidos.

ARN ribosómico

ARN mensajero

Comparación entre ADN y ARN

Cadenas

2

Contiene genes, en la mayoría de estos la secuencia de bases determina la de aminoácidos en una proteína.

ADN

ARN

Azúcar

Tipos de bases nitrogenadas

Función

Desoxirribosa

A, T, C, G

1

ARN mensajero (ARNm): lleva el código del ADN para que sea leído por los ribosomas. ARN ribosómico (ARNr): se combina con proteínas para formar ribosomas.ARN de transferencia (ARNt): encargado de transportar los aminoácidos a los ribosomas y ordenarlos a lo largo de la molécula de ARNm, a la cual se unen por medio de enlaces peptídicos para formar proteínas durante el proceso de síntesis proteica.

Ribosa

A, U, C, G