Definición de Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son estructuras complejas de elevado peso molecular, que poseen la propiedad de auto replicarse, y representan una manifestación básica de la vida, ya que la secuencia de sus bases nitrogenadas codifica la información genética necesaria para todos los aspectos de la herencia biológica.

Los ácidos nucleicos son definidos como sustancias ácidas que se encuentran presentes en los núcleos de las células, estos juegan un papel importante en el almacenamiento, transmisión y procesamiento de la información genética. A partir del siglo XIX es resaltada su importancia, pues es allí, cuando comienzan los estudios para la comprensión actual de la genética.

Dentro de la historia del ADN se encuentra el estudio de Johan Miescher, quien aisló un material llamado nucleína, de los núcleos de glóbulos blancos sanguíneos, este estaba constituida por una proteína y una sustancia ácida rica en fósforo; Miescher, logró separar esta sustancia de la proteína y fue llamada ácido nucleico.

Hay dos tipos de ácidos nucleicos, el ácido ribonucleico (ARN) y el ácido desoxirribonucleico (ADN) los cuales son polímeros lineales de nucleótidos. En cada una de las clases principales de ácidos nucleicos solo existen 4 tipos de nucleótidos y se distinguen por sus bases constituyentes, Adenina(A), Guanina(G), Timina(T) y Citosina(C) para el ADN y Adenina(A), Guanina(G), Uracilo(U) y Citosina(C) para el ARN.

Estructura primaria y secundaria de los ácidos nucleicos

Al igual que ocurre con las proteínas, los ácidos nucleicos puede analizarse desde varios puntos de vista estructurales.

1) Estructura primaria: Los ácidos nucleicos, están constituidas por unidades estructurales repetitivas llamadas nucleótidos (ésteres de nucleósidos y ácido fosfórico) y abarca tres subunidades químicas (figura 1), que son: (1) un compuesto cíclico que contiene nitrógeno, el cual es una base nitrogenada (2) un azúcar de cinco carbonos (carbohidrato) y (3) uno o más grupos fosfatos un ejemplo destacado de estas estructuras son los derivados de la adenosina como el monofosfato de adenosina (AMP), difosfato y trifosfato de adenosina (ADP y ATP); este último cabe mencionar es la principal molécula almacenadora de energía a nivel celular.

Figura 1. Nucleótido monofosfato de adenosina (AMP)

Los compuestos cíclicos nitrogenados mencionados anteriormente pueden ser bases púricas o pirimídicas; la pirimidina y la purina (figura 2) son bases débiles relativamente inertes ante una sustitución electrofílica, con una estructura plana, estas pueden contener grupos OH, en forma de enoles o formas cetonicas, y grupos NH2. En la tabla 1, se muestran las bases nitrogenadas que se encuentran en el ARN y el ADN.

Figura 2. Bases cíclicas nitrogenadas

Tabla 1. Pirimidinas y purinas que se encuentran en el ARN y ADN

La estructura formada por la unión de estas bases nitrogenadas con la molécula de carbohidrato(azúcar) se denomina nucleósidos, en el ARN la molécula de azúcar es la D-ribosa y en el ADN es la desoxi-D-ribosa (figura 3), la tabla 2 muestra los principales nucleósidos en el ARN y ADN.

Figura 3. Moléculas de azúcar para el ARN y ADN

Tabla 2. Principales nucleósidos en el ARN y ADN

Como se mencionó anteriormente los nucleótidos se unen para formar moléculas mayores y el enlace que las une se denomina fosfodiéster, como ejemplo se presenta un trinucleótido de 2’-desoxi-D-ribosa, donde las bases son Adenina(A), Timina(T) y Guanina(G); aquí las unidades de fosfodiéster unen el oxígeno 3’ de un nucleósido con el oxígeno 5’ del siguiente, la secuencia de este trinucleótido se escribe ATG, tal como se muestra en la figura 4; de manera similar son unidos los nucleósido de la D-ribosa. Al adicionar nuevos nucleótidos a estas estructuras, se forma lo que se conoce como polinucleótidos, y como ya se mencionó anteriormente el ARN y ADN son ejemplos de ello.

Figura 4. Unidades de fosfodiéster (trinucleótido ATG)

2) Estructura secundaria: la doble hélice de ADN: Esta estructura está definida por los arreglos del esqueleto del polinucleótido, debido a la libre rotación que esta posee. Los enlaces del tipo fosfato les da a las cadenas de polinucleótidos la propiedad de ser flexibles y por lo tanto pueden adoptar ciertas conformaciones, sin embargo, estas rotaciones están limitadas por los enlaces oxígeno-fósforo en la unión fosfodiéster y el enlace entre la base y el azúcar.

Por otro lado, las bases nitrogenadas son cruciales para la estructura secundaria (doble hélice), ya que estas poseen grupos cetónicos y amínicos que permiten la formación de puentes de hidrógeno; por lo tanto, la T o U (ambos compuestos cetónicos) puede aparearse con la A (un compuesto amínico) y G y C (presentan grupos amínicos y cetónicos) también pueden formar puentes de hidrógeno en el par A-T y G-C (figura 5); las características del apareamiento de estas bases ya mencionadas en los nucleótidos, son las responsables del apareamiento para formar un dúplex rígido, cuando estas dos cadenas se alinean adopta la estructura de un doble hélice.

Figura 5. Puentes de hidrógeno entre bases del ADN

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Referencias bibliográficas

1. Solomon E. Berg L. Martin D. Ville C. Biología 8va Edición. Editorial Interamericana Mc Graw Hill (2008).

2. ACD/Labs programa simulador de moléculas Chemsketch.

Autora

Escrito por Mahiceth Quintero Valero para la Edición #104 de Definición MX , en 10/2021. Mahiceth es Doctora en Química Aplicada

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