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Polímeros Naturales: Los ácidos nucleicos


Actividad Nº 14


 

1- ¿Qué son los ácidos nucleicos?

Los ácidos nucleicos son macromoléculas encargadas de almacenar y transmitir la información genética de una generación a otra.

Estas macromoléculas están constituidas por unidades más pequeñas denominadas nucleótidos que forman largas cadenas.

Un nucleótido está formado por tres componentes: un monosacárido de cinco carbonos, denominada pentosa; un grupo fosfato y una base nitrogenada.

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Las pentosas que principalmente forman parte de los ácidos nucleicos son la ribosa y la desoxirribosa:

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La desoxirribosa a diferencia de la ribosa ha perdido un átomo de oxígeno en uno de sus carbonos, razón por la cual recibe eso nombre.

Las bases nitrogenadas son moléculas heterocíclicas, es decir, forman una estructura cíclica con diferentes elementos como nitrógeno y carbono. Las bases que conforman los ácidos nucleicos pueden ser derivadas de dos tipos de moléculas: las purinas y las pirimidinas.

Las bases nitrogenadas derivadas de las purinas presentan una estructura básica constituida de dos anillos fusionados, con cuatro átomos de nitrógeno. Entre ellas, se encuentran la adenina y la guanina.

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Las bases derivadas de la pirimidina, presentan en su estructura un anillo aromático de seis miembros, dos de ellos son nitrógeno y los otros cuatro carbonos. Entre las bases pirimídinas se encuentran la citosina, la timina y el uracilo. 

 

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Las diferencias estructurales entre las bases nitrogenadas caracterizan a cada una de ellas.

Para que se forma un nucleótido primero se debe generar un nucleósido. Un nucleósido es la unión de una pentosa con una base nitrogenada, ya sea púrica o pirimídica.

La unión entre estas dos moléculas ocurre entre un nitrógeno de la base  y un carbono de la pentosa:

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Cuando al nucleósido se le agrega un grupo fosfato, se tiene un nucleótido. Esta unión se genera entre el grupo hidroxilo (-OH) de la pentosa y un protón (H+) provenientes de la disociación del ácido fosfórico, a partir del grupo fosfato. Esta reacción de formación del enlace es de tipo éster y ocurre con la liberación de una molécula de agua.

 

La unión entre los distintos nucleótidos se da mediante una reacción de tipo éster entre el protón no disociado del grupo fosfato de un nucleótido, el cual se encuentra unido al grupo –OH de una azúcar y al grupo –OH de otra. Este enlace recibe el nombre de enlace fosfodiéster y durante su formación se libera agua. 

Uno de los extremos del polímero de ácido nucleico, tiene un hidroxilo libre en el carbono 3’ por lo que recibe el nombre de extremo 3’, mientras que el otro extremo de la cadena llamado extremo 5’ tiene un residuo de ácido fosfórico en el carbono 5’:

 

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2- ¿Cuáles son los ácidos nucleicos más importantes?

Dentro de las ácidos nucleicos presentes en los seres vivos los más importantes son el ADN y el ARN, ambas moléculas de gran importancia en la transmisión y almacenamiento de la información genética.

 

2.1- El ácido desoxirribonucleico (ADN)

La información genética, que determina las características de cada ser vivo, se encuentra contenida y codificada en un ácido nucleico denominado ácido desoxirribonucleico o ADN. 

Los nucleótidos que forman esta molécula están compuestos por desoxirribosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada, que puede ser: adenina, guanina, citosina o timina.

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Este ácido nucleico, al igual que las proteínas puede presentar distintos niveles de organización.

La estructura primaria corresponde a la secuencia bases nitrogenadas unidas al esqueleto de nucleósidos. Esta interacción entre bases da lugar a la formación de puentes de hidrógeno entre ellas, generando el siguiente nivel estructural. Estos puentes de hidrógeno se establecen solo entre determinadas pares de bases, denominados complementarios.  Adenina y timina, constituyen un par de bases complementarias, al igual que guanina y citosina.

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La estructura secundaria del ADN fue descubierta en 1953, por los científicos James Watson y Francis Crick, a partir de datos experimentales descubiertos hasta ese entonces, como los de Erwin Chargoff, quien demostró la complementariedad de las bases adenina y timina; por otro lado Maurice Wilkins y Rosalind Franklin obtuvieron imágenes del ADN por difracción de rayos X, permitiendo que Watson y Crick determinaran que la molécula de ADN consta de dos cadenas simples, cuyas bases complementarias se encuentran apareadas, de manera tal que se forma una doble hélice.

Con el fin de lograr el mayor apareamiento posible, las bandas individuales de ADN que forman la doble hélice se alinean en direcciones opuestas, una de 3’ a 5’ y la otra de 5’ a 3’, de forma antiparalela.

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Investigaciones han permitido saber que si se estira todo el ADN que hay contenido en el núcleo de una célula este llega a medir aproximadamente 1 metro. Ante esto, es importante saber cómo esta cantidad está contenida en un espacio tan pequeño como es el núcleo celular.

Esto sucede porque la doble hélice se enrolla alrededor de estructuras globulares denominadas nucleosomas. Los nucleosomas están constituidos por ocho proteínas acopladas, conocidas como histonas. El conjunto de nucleosomas y ADN forma una especie de collar de perlas que se enrolla sobre sí mismo, en una espiral muy denso. El resultado son fibras más gruesas, llamadas fibras de cromatina, la cuales se enrollan sobre sí mismas formando los cromosomas.

 

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La función del ADN es almacenar la información genética del organismo, que determina todos sus rasgos físicos y químicos. Por lo tanto, cada vez que una célula se divide, se realiza una copia completa de su ADN para la nueva célula. Este proceso se denomina replicación e implica la acción de varias enzimas para que se produzca, pues, para empezar hay que desestructurar los cromosomas, las fibras de cromatina y los nucleosomas, para luego, abrir la doble hélice.

Posterior a eso, a cada una de las cadenas se le van añadiendo nucleótidos, cuyas bases son complementarias con las bases de la cadena que sirve como molde. La adición de estos nucleótidos es controlada por la acción de la enzima ADN polimerasa y se realiza en el sentido 5’-3’, sin embargo, como las cadenas de ADN que se están replicando son antiparalelas, las enzimas añaden nucleótidos en direcciones opuestas. Finalmente, se obtienen dos moléculas de ADN, cada una de las cuales consta de una hebra nueva y una vieja, que actúa como molde, por lo que es posible decir que la replicación del ADN es de tipo semiconservativa.

 

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2.2- El ácido ribonucleico (ARN)

Al igual que el ADN, la molécula de ARN almacena y transfiere información genética dentro de las células, inclusive algunos virus no almacenan su información genética en moléculas de ADN, sino que en ARN, como en el virus bacteriógrafo T4:

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En los organismos donde es el ADN el principal depósito de información genética, la función del ARN es de intermediario, transfiriendo esta información entre diferentes puntos de la célula, especialmente entre el núcleo y el citoplasma.

Lo anterior, se debe a la estructura de esta molécula, en donde los nucleótidos que la forma contienen como pentosa, una ribosa; un grupo fosfato y las siguientes bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y uracilo.

 

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Estos nucleótidos se establecen formando cadenas sencillas, a diferencia del ADN que forma una doble hélice. Esto se debe a la presencia del grupo –OH en la ribosa, que representa un impedimento para formar el plegamiento de la cadena, haciéndolas más flexibles e inestables que las cadenas de ADN.

En los organismos es posible encontrar tres tipos de ARN, el ARN mensajero (ARNm), el ARN ribosomal (ARNr) y el ARN de transferencia (ARNt). Cada uno de ellos tiene una estructura específica y también una función determinada.

El ARNm tiene la información que le permite cumplir con la función de dirigir la síntesis de una o más proteínas específicas. Actúa como mensajero, pues, su papel principal es actuar como intermediario, siendo un “vehículo de transporte” de información genética entre el ADN y las proteínas. La presencia de una cola formada por varios nucleótidos de adenina, denominada cola poli-A le permite acoplarse con los ribosomas y participar de la formación de las distintas cadenas de aminoácidos.

 

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Los ribosomas, organelos celulares que se acoplan al ARNm, se encuentran principalmente en el citoplasma de las células,  son nucleoproteínas, es decir, en su estructura poseen una parte proteíca y una parte compuesta por ácidos nucleicos. Esta última parte corresponde a ARNr. Esta molécula permite el acoplamiento con el ARNm, y por ende que comience el proceso de síntesis de proteínas.

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Para poder “leer” la información que trae consigo el ARNm, se requiere de la presencia de otra molécula, para poder traducir el lenguaje de nucleótidos a aminoácidos. Esta molécula corresponde a ARNt, que es específico para cada aminoácido.

Este tipo de ARN está formado por entre 75 y 90 nucleótidos, por lo que la formación de puentes de hidrógeno entre bases complementarias en ciertos puntos, le otorga una estructura tridimensional similar a un trébol:

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La función del ARNt por lo tanto, es transportar aminoácidos a sus puestos específicos en el molde que sintetiza las proteínas. Esto gracias a una secuencia de tres aminoácidos, llamada anticodón, que posee el ARNt en su estructura, y que es de gran importancia en el proceso de síntesis de proteínas.

 

3- ¿Cómo los ácidos nucleicos portan la información genética?

Para poder traspasar la información genética de una generación a otra, se llevan a cabo tres procesos, en los cuales el papel de los ácidos nucleicos es fundamental. Estos procesos son la replicación o duplicación del material genético, la transcripción o la copia del material genético desde al ADN al ARN y la traducción o expresión del mensaje en forma de proteínas:

 

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En la replicación, como ya se mencionó se realiza la duplicación del material genético a través de la acción de distintas enzimas, que permiten que la doble hélice se separe y comiencen a formarse cadenas complementarias.

Posterior a esto, se produce la transcripción, proceso que se lleva a cabo en el núcleo de la célula, en donde se realiza una copia de un segmento de una de las cadenas de ADN a una molécula de ARNm.  Para ello, es necesario igual que en la replicación, la apertura parcial de la estructura de doble hélice del ADN, y esto se produce gracias a la acción de la enzima ARN polimerasa, que genera que los ribonucleótidos se alineen en el orden apropiado sobre sus bases complementarias en el ADN:

 

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Cuando se ha completado la síntesis de la molécula de ARNm, esta se separa de la cadena complementaria de ADN y se traslada al citoplasma, lugar en donde se realiza la traducción y la síntesis de proteínas. Solamente una de las cadenas de ADN es transcrita en ARNm, pues, en ella se indican las “instrucciones” que van a ser ejecutadas para que se genera la síntesis de la proteína, y reciben el nombre de cadenas de información. La cadena complementaria se denomina cadena patrón, pues, actúa como una especie de plantilla, generándose a partir de ella la transcripción.

El segmento de ADN que es transcrito se denomina gen y el conjunto de todos los genes del organismo es su genoma.

 

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Pero esta transferencia de información desde los ácidos nucleicos hasta la maquinaria encargada de la síntesis de proteínas se realiza a través de un lenguaje basado en nucleótidos, y en la secuencia de sus bases nitrogenadas. Esta secuencia se denomina código genético.

Las palabras en este lenguaje son conjuntos de tres bases consecutivas, y reciben el nombre de codones. Cada codón o triplete de bases posee un conjunto de tres bases complementarias, denominado anticodón. Tanto codón como anticodón, equivalen a un único aminoácido, por lo que, la adición de aminoácidos durante la síntesis de una proteína se realiza según el orden de codones presentes en el ARNm.

Cuando el ARNm se acopla al ARNt a través de su correspondiente anticodón, se lleva a cabo el proceso de traducción. Una vez que se ha completado la síntesis de la proteína, un codón portador de la señal de terminación impide la adición de más aminoácidos y la proteína es liberada del ribosoma al citoplasma celular, desde donde es transportada a donde debe cumplir su función.


 


Creado por Portal Educativo. Fecha: 2015-07-03. Se autoriza uso citando www.portaleducativo.net


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