Ácidos Nucleicos

Descripción General

Definición

Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos. Clases principales:

• Ácido desoxirribonucleico (ADN)
• Ácido ribonucleico (ARN)

Nucleótido

Los nucleótidos son las unidades básicas de un ácido nucleico.

Compuesto de:

• Azúcar de 5 carbonos
• Base nitrogenada
• Grupo fosfato

Azúcar de 5 carbonos:

• Factor distintivo entre ADN y ARN:
  • Ribosa en ARN versus desoxirribosa en ADN
  • El carbono 2′ está unido a un hidroxilo (OH) en el ARN o un hidrógeno (H) en el ADN.
• El carbono 5′ está unido a un grupo fosfato (PO₄).
• El carbono 1′ está unido a una base nitrogenada:
  • Adenina (A)
  • Guanina (G)
  • Timina (T)
  • Citosina (C)
  • Uracilo (U)

Bases nitrogenadas:

• Purinas: adenina y guanina (estructuras de 2 anillos)
• Pirimidinas: citosina, timina y uracilo (estructuras de un solo anillo)
• Emparejamiento de bases complementarias: dentro de los polímeros de ácidos nucleicos, las bases de purina se emparejan exclusivamente con sus bases de pirimidina complementarias.
  • ADN: la adenina (A) se empareja con la timina (T) y la guanina (G) se empareja con la citosina (C).
  • ARN: la adenina (A) se empareja con el uracilo (U) y la guanina (G) se empareja con la citosina (C).
  • Bases A-T unidas por enlaces 2H
  • Bases G-C unidas por enlaces 3H

Los nucleótidos se ensamblan en polímeros de ácido nucleico mediante la adición de enlaces fosfodiéster 5’–3′:

• Reacción de condensación entre el grupo OH en el carbono 5′ de 1 nucleótido y el H en el carbono 3′ del siguiente nucleótido
• Crea cadenas de nucleótidos con 5′ fosfato libre y 3′ OH para continuar la síntesis

Nombrar nucleótidos:

• Nucleósido monofosfato (e.g., monofosfato de adenosina (AMP)): un nucleósido (base orgánica y pentosa) y 1 grupo fosfato
• Nucleósido difosfato (e.g., adenosina difosfato (ADP)): un nucleósido (base orgánica y pentosa) y 2 grupos fosfato
• Nucleósido trifosfato (e.g., trifosfato de adenosina (ATP)): un nucleósido (base orgánica y pentosa) y 3 grupos fosfato
• Para el ADN, agregue “desoxi” al nombre base (trifosfato de desoxiadenosina).

ADN

Descripción general

El ADN es el anteproyecto genético para la vida, que contiene códigos para los genes.

• Las hebras de doble hélice (Watson, Crick y Franklin) son complementarias y antiparalelas:
  • Hebra 5’–3′ (sentido)
  • Hebra 3’–5′ (antisentido)
  • Los más comunes son B-ADN (hélice dextrógira), Z-ADN (hélice dextrógira) y A-ADN (hélice compacta), que no se encuentran en las células.
• Hebras unidas entre sí por:
  • Enlaces de hidrógeno
  • Las fuerzas de Van der Waals
  • Interacción hidrofóbica entre pares de bases
• Regla de Chargaff:
  • Por apareamiento de bases complementarias
  • En el ADN, el número de A debe ser igual a T, G = C y A + G = T + C.

Organización

• En eucariontas: se encuentran en el núcleo y las mitocondrias como cromosomas
  • En humanos: 46 cromosomas homólogos (23 pares)
  • Información de codificación contenida dentro de segmentos de cromosomas llamados genes.
• En procariontas: Flotan libre como un cromosoma o plásmido
• ADN → nucleosoma (ADN + histona octámera) → solenoide → cromatina → cromosoma
• Eucromatina:
  • Menos condensado
  • Más transcripción
  • Células metabólicamente activas
• Heterocromatina:
  • Más condensado
  • Transcripción baja
  • Células con baja actividad metabólica
• Modificación de histonas: afecta el acceso al ADN y, por lo tanto, a la transcripción
  • Acetilación (aumenta la transcripción)
  • Metilación (aumenta o disminuye la transcripción, epigenética → heredable)
  • Fosforilación (aumenta o disminuye la transcripción)
  • Ubiquitilación
  • Ribosilación-ADP

ADN mitocondrial (ADNmt)

• 1% del ADN celular
• Heredado solo de la madre (herencia no mendeliana)
• Características del ADNmt humano:
  • Circular, de doble hebra, compuesta de hebras pesadas (H) y livianas (L)
  • Contiene 16 569 pares de bases
  • Codifica ARN ribosomal, ARN de transferencia (ARNt) y subunidades de proteínas necesarias para la fosforilación oxidativa (producción de ATP)
  • Alta tasa de mutación (5–10 veces más que la del ADN nuclear)
• La presencia de ADNmt condujo a la teoría de la endosimbiosis de las mitocondrias:
  • Una vez fueron microbios procarióticos de vida libre
  • Engullido por la célula huésped y se convirtieron en orgánulos
  • ADN circular
  • Replicación por fisión binaria

ARN

ARN: biosíntesis de proteínas, funciones reguladoras, procesamiento y transporte

• Timina reemplazada por uracilo
• Monocatenario (la mayoría de las veces)
• Columna vertebral de azúcar fosfato con nucleótidos colgando

Existen diferentes formas de ARN con fines especializados para las fases de replicación y traducción del material genético:

• Transcripción:
  • ARN nuclear heterogéneo (hnRNA o pre-mRNA): precursor nuclear del ARN mensajero (ARNm)
  • ARNm: codifica las proteínas; complemento a la cadena de ADN; sirve como plantilla para la traducción; transportado del núcleo al citosol
• Traducción:
  • ARNt: no codificante; molécula adaptadora que traduce codones de ARNm en aminoácidos; contiene un anticodón y un aminoácido; contiene a la timina
  • ARN ribosómico (ARNr): no codificante; unido a proteínas para formar subunidades ribosómicas; cataliza la biosíntesis de proteínas en los ribosomas; forma dominante de ARN
• Funciones reguladoras:
  • ARN de poca interferencia (ARNsi): no codificante; se une al complemento de ARNm para señalar la degradación celular
  • MicroARN (ARNmi): no codificante; se une al complemento de ARNm para inhibir la traducción
• Procesamiento y transporte:
  • ARN nuclear pequeño (ARNsn): forma un empalmesoma (con otras proteínas) para empalmar el ARNm
  • ARN nucleolar pequeño (ARNsno): guía la modificación de ARNsn y ARNr
  • Pequeño ARN condicional (ARNsc): parte de un complejo que guía las proteínas para exportarlas al espacio extracelular
• ARN mitocondrial (ARNmt): ARNm, ARNr y ARNt mitocondrial que funcionan de manera similar a las versiones eucarióticas