Biología Molecular: Nucleótidos, ADN, ARN y el Dogma Central

LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

1. Composición

Los ácidos nucleicos son polímeros formados por la unión de nucleótidos. Están compuestos por los elementos químicos: C, H, O, N y P.

2. Nucleótidos

Son los monómeros que forman los ácidos nucleicos. Están formados por:

• A. Una pentosa: puede ser:
  • Ribosa (β-D-ribofuranosa) en el caso del ARN.
  • Desoxirribosa (β-D-desoxirribofuranosa) en el caso del ADN.
• B. Una base nitrogenada: que pueden ser:
  • Bases púricas (derivadas de la purina): adenina y guanina.
  • Bases pirimidínicas (derivadas de la pirimidina): timina, citosina y uracilo.
• C. Ácido fosfórico: Los nucleósidos son la unión de una pentosa y una base nitrogenada. Se unen por enlace N-glicosídico entre el C1 de la pentosa y el N1 de las bases pirimidínicas o el N9 de las bases púricas. Un nucleótido es un nucleósido unido a un fosfato. El fosfato se une a un hidroxilo de la pentosa, normalmente al del carbono 5, por un enlace éster.

3. Los polinucleótidos o ácidos nucleicos

Los nucleótidos se unen para formar los polinucleótidos o ácidos nucleicos por enlace fosfodiéster entre los carbonos 5′ y 3′ de las pentosas. Los polinucleótidos tienen un extremo 5’ con un grupo fosfato libre y otro extremo 3’ con el carbono 3 de la pentosa libre.

4. Ácido Desoxirribonucleico (ADN)

a) Composición

Polímero de nucleótidos formados por:

b) Propiedades

• La secuencia de bases determina la información genética y es específica para la especie y para el individuo.
• Se puede autocopiar mediante la replicación.

c) Estructura del ADN

Basada en el Modelo de la Doble Hélice (Watson y Crick, 1953):

• Dos cadenas de polinucleótidos enfrentadas entre sí y arrolladas en forma de hélice.
• Las cadenas están unidas por las bases nitrogenadas que se unen de forma complementaria mediante puentes de hidrógeno:
  1. Adenina con timina: dos puentes de hidrógeno.
  2. Guanina con citosina: tres puentes de hidrógeno.
• Las dos cadenas son antiparalelas: una está en sentido 5’ → 3’ y la otra en sentido 3’ ← 5’.
• Ambas cadenas son coaxiales: tienen un mismo eje de arrollamiento.
• El arrollamiento de la hélice es dextrohelicoidal (gira hacia la derecha).

d) Funciones del ADN

La función del ADN es portar la información genética; es decir, la secuencia de bases del ADN determina la secuencia de aminoácidos de las proteínas del organismo. Un gen es la secuencia de bases del ADN que codifica la información para fabricar una proteína. Cada triplete de bases del ADN (codógeno) codifica la unión de un aminoácido. El ADN controla el funcionamiento celular dado que, según se activen unos genes u otros, cambiará la actividad celular.

5. Ácido Ribonucleico (ARN)

a) Composición

Polímero de nucleótidos formados por:

El ARN es monocatenario (salvo en algunos virus).

b) Tipos de ARN en la célula

• ARN mensajero (ARNm): es una copia de un gen del ADN que pasa al citoplasma para que un ribosoma lo “lea” y sintetice una proteína. El triplete de bases complementarias de cada codógeno recibe el nombre de codón en el ARNm.

  Transcripción      Traducción

  ADN ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ ARNm ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ Proteína

• ARN ribosómico (ARNr): forma parte de los ribosomas encargados de la síntesis de proteínas.
• ARN transferente (ARNt): es una cadena de ARN que se repliega formando tres bucles. En uno de ellos está el anticodón (complementario de cada codón). El ARNt lleva unido en uno de sus extremos el aminoácido correspondiente a cada codón. Es el responsable de transformar la secuencia de bases del ARNm en la secuencia de aminoácidos de la proteína.

6. Dogma Central de la Biología Molecular

El flujo de información genética en las células sigue la siguiente secuencia: ADN → ARNm → Proteína.

Los retrovirus se saltan el dogma central, pues sintetizan ADN a partir de ARN (transcripción inversa).

7. Nucleótidos de interés biológico

• A) Adenosín trifosfato (ATP): Es un nucleótido de adenina con tres grupos fosfato. Actúa transfiriendo energía entre las reacciones del catabolismo y el anabolismo. Al romper el enlace del tercer fosfato se libera energía.
• B) NAD⁺ (Nicotinamida Adenina Dinucleótido): Transporta electrones y protones (H⁺) en las reacciones metabólicas como la glucólisis, ciclo de Krebs y cadena respiratoria. Acepta electrones (se reduce) y luego los entrega para producir ATP.
• C) FAD (Flavina Adenina Dinucleótido): También transporta electrones y protones, pero en el ciclo de Krebs. Aporta menos ATP que el NAD⁺.
• D) NADP⁺ (Nicotinamida Adenina Dinucleótido Fosfato): Es parecido al NAD pero con un fosfato extra. Actúa en reacciones anabólicas, sobre todo en la fase luminosa de la fotosíntesis. Aporta poder reductor (electrones y H⁺) para sintetizar moléculas como la glucosa.

Resumen metabólico:

• NAD⁺ / FAD: Obtienen energía (catabolismo, respiración).
• NADP⁺: Gastan energía para construir (anabolismo, fotosíntesis).