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Ácidos nucleicos, qué son, estructura y tipos, resumen explicativo

Resumen, esquema de los ácidos nucleicos
Paradais Sphynx/CC BY 2.0

El estudio de los niveles de organización de los seres vivos ha permitido que se comprenda que las biomoléculas son unos de los componentes de base para la conformación de los organismos, cada biomolécula tiene un papel fundamental en el diseño, estructuración y funcionamiento de cada uno de ellos, pero una en particular se considera esencial para la vida, de donde parte la información para la síntesis o creación de otros compuestos, estos son los ácidos nucleicos. A continuación haremos una revisión en donde explicaremos qué son, cómo están estructurados y cuáles son los tipos de esta importante biomolécula.

¿Qué son los ácidos nucleicos?

Los ácidos nucleicos son biomoléculas orgánicas de gran extensión o también denominadas macromoléculas, están compuestas poliméricamente mediante la unión de monómeros, es decir, por moléculas de menor masa molecular unidas entre sí, que en este caso llevan por nombre nucleótidos. Para poder llevar a cabo la construcción de esta macromolécula, los nucleótidos se unen a través de enlaces de tipo fosfodiéster.

Los ácidos nucleicos se encuentran en todas las células, incluyendo a las células unicelulares procariotas y también en los virus, su descubrimiento fue gracias al médico y biólogo investigador suizo Friedrich Miescher (1844-1895), quien para el año 1969 se encontraba trabajando en un método para aislar el núcleo celular, utilizando leucocitos y células espermáticas del salmón, durante el estudio logró identificar sustancias que contenían carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y una cantidad extraordinaria de fósforo a la cual denominó nucleína por estar presente en el núcleo.

Años más tarde Richard Altmann observó la presencia de otros componentes como proteínas y al grupo fosfato que es un ácido fuerte, dándole así el nombre de ácidos nucleicos.

Tipos de ácidos nucleicos

Actualmente se consideran dos tipos de ácidos nucleicos que se denominan ácido ribonucleico (ARN) y ácido desoxirribonucleico (ADN), si bien la composición estructural puede mantener algunas semejanzas, en realidad son macromoléculas muy diferentes y con funciones específicas y complementarias. De igual manera, el ARN se ha clasificado en tres tipos más que llevan por nombre ARN mensajero (ARNm), ARN de transferencia (ARNt) y ARN ribosómico (ARNr), caracterizados por la función que realizan.

El ADN se encuentra en el núcleo de las células eucariotas, también en el citoplasma de las procariotas y a pesar de que en esta no se encuentre delimitado y protegido por una membrana nuclear, el ADN se condensa y empaqueta de gran manera con ayuda de proteínas NAP (proteínas asociadas a nucleoide) que son análogas a las histonas, formando así lo que se conoce como un nucleoide. También es posible encontrar esta molécula en organelos especializados como mitocondrias y cloroplastos, así como en microorganismos bacterianos, por ejemplo E. coli y Staphylococcus aureus que poseen ADN extracromosomal a modo de plásmidos (aparte de su cromosoma) y finalmente en los virus.

Por su parte, el ARN realiza su actividad a nivel de citoplasma, pero el ARN mensajero puede estar tanto en el núcleo como en el citoplasma, ya que es el único con capacidad de traspasar la membrana, de manera que pueda llevar la información para los procesos de traducción. El ARN también puede formar parte de los entes virales.

Estructura de los ácidos nucleicos

Tal como se ha explicado los ácidos nucleicos se dividen en dos tipos que son ADN y ARN, siendo la estructura de ambos muy similar, pero guardan ciertas diferencias que los hacen únicos. El ensamble básico de estas macromoléculas son biopolímeros de nucleótidos, los cuales a su vez se conforman por tres moléculas que se unen a través de enlaces covalentes. A continuación describiremos paso a paso como se ensamblan los polímeros de los ácidos nucleicos a partir de monómeros de nucleótidos.

Moléculas que conforman un nucleótido

Antes de comenzar con el ensamblaje de los polímeros de ácidos nucleicos es necesario conocer las moléculas o elementos que forman parte de la estructura de su monómero y estas son tres:

Azúcar: la base de la estructura del nucleótido es una pentosa, es decir, un azúcar de cinco carbonos. Con fines prácticos, didácticos y lograr diferenciar los carbonos de la pentosa de los otras componentes, se designa a cada carbono con el símbolo prima (´) ejemplo 1´,2´,3´ etc. Además esta pentosa poseen nombres y grupos funcionales diferentes dependiendo si forma parte del ADN o ARN, por lo que son denominados de la siguiente manera:

– D-ribosa: es una pentosa que se caracteriza por poseer en su extremo 2´ un grupo hidroxilo (OH), es el azúcar que conforma el ARN.

– D-2- desoxirribosa: en este caso es el azúcar que forma parte del ADN, y en su molécula el grupo hidroxilo en posición 2´es sustituido por hidrógeno.

Ácido fosfórico: es el encargado de unir a las pentosas que formarán la estructura del ADN o ARN, mediante un enlace fosfodiéster. Este elemento le proporciona a la molécula el carácter ácido de donde deriva su nombre.

Bases nitrogenadas: si los otros dos elementos son importantes en lo estructural, las bases nitrogenadas son primordiales para darle funcionalidad a la molécula, estas bases tienen una conformación heterocíclica con contenido de carbono y nitrógeno. Al igual que sucede con las pentosas, las bases nitrogenadas están clasificadas en dos grupos que son:

– Bases púricas: como su nombre lo indica, son bases nitrogenadas que provienen de la purina, la cual es una base conformada por dos anillos fusionados, dan origen a la adenina y guanina ambas presentes en el ADN y ARN.

– Bases pirimidínicas: son aquellas que su estructura está formada por un solo anillo y su origen proviene de la pirimidina, de este compuesto se obtiene la citosina, timina y el uracilo, estando las dos primeras en el ADN, mientras en el ARN la timina se sustituye por el uracilo.

Ensamblaje de la estructura polimérica

La primera unión que se da es entre las pentosas y las bases nitrogenadas, formando así un nucleósido, sucede uniendo el carbono 1´ del azúcar con la base heterocíclica correspondiente. La base nitrogenada si es de origen púrica se une por el nitrógeno 9, mientras si pertenece a las pirimidinas se une por el nitrógeno 1, el enlace que une a estas moléculas es de tipo N-glucosídico.

La siguiente unión se da mediante un enlace fosfodiéster y une al nucleósido formado anteriormente con el ácido fosfórico, conformando así el nucleótido en su totalidad. Esta unión se da mediante el OH perteneciente al carbono 5´de la pentosa y un hidrógeno del ácido.

Finalmente, para unir los nucleótidos y conformar las unidades poliméricas, se forman enlaces fosfoéster entre un OH del ácido fosfórico, que está unido al carbono 5´ de una pentosa, y el grupo hidróxilo (OH) del carbono 3´ perteneciente al azúcar del siguiente nucleótido. Este proceso se repite hasta conformar la macromolécula correspondiente, bien sea de ADN o ARN, tomando en consideración que el ADN al ser una molécula compleja, tomará varias estructuras o conformaciones adicionales denominadas como estructuras primarias, secundarias y terciarias.

Función de los ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos cumplen funciones biológicas de gran importancia, pero el objetivo principal corresponde al almacenamiento y la transmisión de la información genética que pasará de una célula progenitora a las células hijas.

Así mismo, los ácidos nucleicos son los responsables de la generación de otras moléculas como las proteínas, hecho crucial para el correcto funcionamiento fisiológico de los organismos. La síntesis de estas moléculas ocurre durante los procesos de transcripción y traducción de ARN a proteínas.

En las etapas de multiplicación o replicación celular que se da de manera asexual, así como en los procesos reproductivos con reproducción sexual de cualquier organismo, los ácidos nucleicos tienen la función de dirigir todos los procedimientos, en donde el proceso de replicación del ADN es esencial para que todas las células tengan la misma carga genética y la información necesaria para crear un individuo totalmente nuevo.

Referencias

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  • Lodish, H.; Berk, A.; MAtsudaira, P.; Kaiser, C.; Krieger, M.; Scott, M.; Zipursky, S.; Darnell, J. (2006).
  • Mathews, C.; Van Holde, K.; Ahern, K. (2002).
  • Pierce, B. (2010).
  • Silva, I. (2011).
  • Strickberger, M. (1988).