Ácidos nucleicos: definición, estructura, propiedades, tipos

Cualquier molécula creada por un organismo vivo se denomina biomolécula . Se incluyen macromoléculas grandes que incluyen proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos, así como numerosos compuestos más pequeños. Compuestos biogénicos es un término más amplio para este tipo de producto químico.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas que se encuentran en todas las células vivas, ya sea solas o junto con otras sustancias. La polimerización de extremo a extremo de un gran número de unidades llamadas nucleótidos unidas por enlaces fosfodiéster forma estas strings largas. La palabra “ácido nucleico” se usa para describir moléculas grandes específicas que se encuentran en las células.

Propiedades del ácido nucleico:

• Los nucleótidos son los componentes básicos del ácido nucleico.
• Estos constituyen el material genético de todos los seres vivos.
• En una célula viva, el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN) son dos formas de ácidos nucleicos.
• En 1969, Friedrich Miescher descubrió tanto el ADN como el ARN.
• Un nucleótido está formado por tres componentes químicamente diferentes. Una base heterocíclica, o base nitrogenada, es una, un azúcar monosacárido pentosa es otra, y el ácido fosfórico, o grupo fosfato, es la tercera.
• Las bases nitrogenadas están formadas por uno o dos anillos heterocíclicos que incluyen átomos de nitrógeno. Adenina (A), guanina (G), uracilo (U), citosina (C) y timina (5-metiluracilo) son las cinco bases (T).
• La adenina y la guanina son purinas sustituidas con dos anillos heterocíclicos, mientras que el uracilo, la citosina y la timina son pirimidinas sustituidas con tres anillos heterocíclicos (1 anillo heterocíclico).
• El ADN tiene las bases nitrogenadas A, T, G y C, mientras que el ARN tiene las bases nitrogenadas A, U, G y C.
• Los polinucleótidos incluyen azúcar beta-ribosa (en el ARN) o azúcar beta 2′ desoxirribosa (en el ADN) (en el ADN).
• Nucleósidos: Azúcar + Base
• Los nucleótidos se componen de tres partes: base, azúcar y fosfato.
• La columna vertebral de las hebras de ADN está formada por enlaces fosfodiéster, que son residuos de azúcar y fosfato.
• Debido a la presencia de grupos fosfato, son ácidos y tienen carga negativa.

Funciones de los ácidos nucleicos: Los ácidos nucleicos son el material genético de todas las células vivas, lo que significa que transmiten características hereditarias de una generación a la siguiente. El ácido nucleico también puede determinar el fenotipo de un organismo. Algunos ácidos nucleicos, como las ribozimas, pueden tener actividad enzimática. Los ácidos nucleicos juegan un papel en la producción de proteínas, ya sea directa o indirectamente.

Estructura del ácido nucleico

El nucleótido es una pequeña estructura unitaria formada por enlaces fosfodiéster que conectan los ácidos nucleicos. Cada nucleótido comprende 

• Una base de nitrógeno
• Un azúcar pentosa
• Ácido fosfórico

Un enlace N-glucosídico conecta un azúcar pentosa a una base nitrogenada para formar un nucleósido.

Base nitrogenada + Azúcar pentosa = Nucleósido

• Bases nitrogenadas: Las bases nitrogenadas son los componentes nitrogenados del nucleótido.. La purina y la pirimidina son dos formas de bases heterocíclicas que se utilizan para formar las cinco bases nitrogenadas.
  • Las purinas tienen una estructura de dos anillos. La adenina (A) y la guanina (G) son las dos bases de purina que se encuentran en el ADN y el ARN (G).
  • Las pirimidinas son bases con un solo anillo. La citosina (C) y la timina (T) son las bases de pirimidina que se encuentran en las moléculas de ADN, mientras que la citosina (C) y el uracilo son las bases de pirimidina que se encuentran en las moléculas de ARN (U).

• Azúcar de pentosa: El azúcar de pentosa es una molécula de azúcar o monosacárido que tiene cinco átomos de carbono. En el ácido nucleico, el azúcar de pentosa es un azúcar de aldosa. El ARN es un ácido nucleico que contiene azúcar ribosa, mientras que el ADN es un ácido nucleico que contiene azúcar Beta-2′-desoxirribosa. Químicamente, estos dos azúcares no son lo mismo. El azúcar ribosa tiene la fórmula química C ₅ H ₁₀ O ₅ , mientras que el azúcar Beta-2′-desoxirribosa tiene la fórmula molecular C ₅ H ₁₀ O ₄ . Con grupos OH de 5′ y 3′ de carbono, estos azúcares forman enlaces con grupos fosfato, mientras que con bases nitrogenadas lo hacen con grupos OH de 1′ de carbono.

• Ácido fosfórico: H ₃ PO ₄ es la fórmula. En el ácido fosfórico se pueden encontrar tres grupos -OH reactivos. Dos de estos están involucrados en la formación de un esqueleto de azúcar-fosfato utilizando enlaces fosfodiéster.

Enlaces entre diferentes unidades de nucleótidos

Los siguientes tipos de enlaces o enlaces se pueden encontrar en los componentes de una unidad de nucleótidos:

1. Enlace N-glucosídico: para generar un nucleósido, se une una base nitrogenada al azúcar pentosa a través de un enlace N-glucosídico. Los nucleósidos de purina presentan un enlace glucosídico 1’–9′ (carbono de azúcar 1′, nitrógeno A/G 9′). El enlace 1′-1′ (carbono de azúcar 1′ y nitrógeno 1′ de T/C) se encuentra en los nucleósidos de pirimidina.
2. Enlace fosfoéster: se genera un nucleótido coincidente cuando un grupo fosfato se une al 5′–OH de un azúcar pentosa de un nucleósido a través del enlace fosfodiéster. Un dinucleótido está formado por dos nucleótidos unidos por un enlace fosfodiéster 3′–5′.

Tipos de ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son de dos tipos:

1. Ácido desoxirribonucleico (ADN)
2. Ácido ribonucleico (ARN)

ADN 

Todas las especies vivas tienen ADN como material genético primario. Es una molécula de ácido nucleico con dos hebras.

Ocurrencia: el ADN está presente principalmente en los cromosomas de los núcleos de las células animales y vegetales. También se encuentra en las mitocondrias y los cloroplastos. Se encuentra en los cromosomas circulares y superenrollados del citoplasma de los procariotas. Sin embargo, se encuentra en eucariotas con proteínas como las histonas y la protamina.

Estructura: El modelo de doble hélice de doble string de Watson y Crick es el modelo estructural de ADN más ampliamente aceptado (1953). La estructura del ADN, según el modelo, es la siguiente:

• Cada string de ADN forma una espiral helicoidal dextrógira, y dos strings se enrollan una alrededor de la otra para formar una doble hélice.
• El enlace fosfodiéster es el enlace entre las moléculas de azúcar y fosfato, y las bases se proyectan en su interior.
• Las strings corren en direcciones antiparalelas, con un hilo proveniente de la dirección 5’→3′ y el otro proveniente de la dirección 3’→5′.
• Las bases nitrogenadas de una hebra forman enlaces de hidrógeno con las bases de la otra hebra. La adenina forma enlaces 2H con la timina (AT) y la guanina forma enlaces 3H con la citosina (GC). La estructura helicoidal se estabiliza mediante este acoplamiento.
• Las strings son complementarias porque, por cada adenina en una string, habrá timina en la otra; por cada guanina en una string, habrá citosina en la otra, y así sucesivamente.
• El ADN tiene un grosor constante de 2 nm.
• El paso de la hélice es de 3,4 nm por cada vuelta de la doble hélice.
• Cada turno comprende alrededor de 10 pares de bases. La distancia entre dos pares de bases vecinas es de unos 0,34 nanómetros.
• La columna vertebral de la hélice se compone de azúcar y fosfato, con bases alineadas a lo largo del eje.

ARN

El ARN es un ácido nucleico monocatenario que se encuentra en algunos virus, como retrovirus y viroides, como material genético.

Ocurrencia: La mayoría del ARN se encuentra en el citoplasma de las células. El nucléolo y el nucleoplasma lo contienen. A excepción de unos pocos virus que tienen ARN de doble string, generalmente se encuentra como un polinucleótido de string sencilla.

Estructura: 

1. La string única de ARN se pliega sobre sí misma, generando estructuras en forma de horquilla por completo o en partes.
2. En algunos virus de plantas, el material genético es ARN de doble string pero no helicoidal.
3. Cada hebra de ARN está formada por una gran cantidad de ribonucleótidos que están unidos entre sí por enlaces fosfodiéster.
4. Adenina y uracilo (AU) forman un par, y guanina y citosina forman un par (GC).
5. El ARN mensajero, el ARN ribosómico y el ARN de transferencia son los tres tipos de ARN.

Diferencia entre ADN y ARN

ADN	ARN
Contiene azúcar desoxirribosa.	Contiene azúcar ribosa.
Puede estar presente en el núcleo, las mitocondrias y los cromosomas del cloroplasto.	Está relacionado con los cromosomas y se puede encontrar en el citoplasma, el nucléolo y el nucleoplasma.
Estructura de doble string.	Estructuras monocatenarias generalmente excepto algunos virus.
Adenina, guanina, citosina y timina son las bases nitrogenadas que se encuentran.	Adenina, guanina, citosina y uracilo son las bases nitrogenadas que se encuentran.
Una molécula larga con alto peso molecular.	Una molécula relativamente corta con bajo peso molecular.
Las purinas y las pirimidinas se encuentran en igual proporción.	Las purinas y las pirimidinas no se encuentran en igual proporción.
El ADN es el material hereditario.	Solo unos pocos virus y viroides tienen ARN como material genético.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Qué son los ácidos nucleicos?

Responder:

Los ácidos nucleicos son macromoléculas que se pueden encontrar solas o en combinación con otras sustancias químicas en cada célula viva. Estas strings largas están formadas por la polimerización de extremo a extremo de un gran número de unidades de nucleótidos acopladas por enlaces fosfodiéster. El término «ácido nucleico» se refiere a una clase de moléculas grandes que se encuentran en las células.

Pregunta 2: ¿Qué es un nucleósido?

Responder:

Un nucleósido se forma cuando una base nitrogenada se conecta a un azúcar pentosa a través de un enlace N-glucosídico.

Pregunta 3: ¿Cuál es la función principal de un ácido nucleico?

Responder:

El ácido nucleico tiene la capacidad de almacenar y transferir información genética de una generación de células a la siguiente.

Pregunta 4: ¿Qué es el ADN?

Responder:

La molécula que se encuentra dentro de las células y que contiene la información genética necesaria para el desarrollo y funcionamiento de un organismo. Esta información se transmite de generación en generación gracias a las moléculas de ADN. La adenina (A) junto con la timina (T) y la guanina (G) junto con la citosina (C) forman una hélice de doble string que se mantiene unida por interacciones débiles de hidrógeno entre los pares de bases de nucleótidos de purina-pirimidina (C). También conocido como ácido desoxirribonucleico (ADN).

Pregunta 5: ¿Qué es el enlace fosfoéster?

Responder:

Cuando un grupo fosfato se conecta al 5′–OH del azúcar pentosa de un nucleósido a través de un enlace fosfoéster, se forma un nucleótido coincidente. Un dinucleótido se compone de dos nucleótidos unidos por un enlace fosfodiéster 3′–5′.

Pregunta 6: ¿Qué es el enlace N-glucosídico?

Responder:

Una base nitrogenada se conecta al azúcar pentosa a través de un enlace N-glucosídico para producir un nucleósido. Existe un enlace glucosídico 1′-9′ entre los nucleósidos de purina (carbono de azúcar 1′, nitrógeno A/G 9′). Los nucleósidos de pirimidina tienen la conexión 1’–1′ (carbono de azúcar 1′ y nitrógeno 1′ de T/C).