Durante la década de los 60 del siglo XIX fue cuando empezaron a hacerse observaciones exactas, minuciosamente anotadas y estudiadas acerca de la herencia. El hombre que las realizó era un monje agustino, Gregorio Mendel. De aquellos experimentos se sacaron unas conclusiones simples que ahora se conocen como las leyes mendelianas de la herencia.
Cuando estas leyes, obtenidas en porotos, se aplicaron al género humano, se dedujo que ambos progenitores, hombre y mujer, contribuían a la herencia en partes iguales.
Cada uno contribuía con un factor para cada característica física (color de ojos, forma de la nariz, estatura, etc.)
A principios del siglo XX se dio a esos factores el nombre de genes, y a la ciencia que trata de la manera en que se heredan los genes se le llamó genética.
El ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN) son macromoléculas catenarias (que forman cadenas) que actúan en el almacenamiento (ADN) y en la transferencia de la información genética (ARN).
Son componentes principales de las células, y constituyen, en conjunto, entre el 5 y el 15 por ciento de su peso seco.
Los ácidos nucleicos están también presentes en los virus, complejos de proteína y de ácido nucleico infecciosos capaces de dirigir su propia réplica al infectar a una célula huésped específica. Aunque los ácidos nucleicos reciben esta denominación porque el ADN fue aislado por primera vez en el núcleo celular, tanto el ADN como el ARN se encuentran, también, en otras partes de las células.
NUCLEÓTIDOS
Al igual que los aminoácidos son los monómeros de los polipéptidos, los nucleótidos son las unidades monómeras de los ácidos nucleicos. La analogía entre las proteínas y los ácidos nucleicos puede aún llevarse más lejos. Así como un tipo de molécula proteica se distingue de otra por la secuencia de las cadenas laterales características (grupos R) de los aminoácidos que la forman, cada tipo de ácido nucleico se distingue por la secuencia de las bases heterocíclicas características de los nucleótidos que lo forman
Los ácidos nucleicos no solo sirven para la importante función de la herencia, expresada en la síntesis de proteínas, sino que también desempeñan otras funciones en el metabolismo
Las unidades monómeras del ADN se llaman desoxirribonucleótidos y las del ARN, ribonucleótidos. Cada nucleótido contiene tres componentes característicos:
1) Una base nitrogenada heterocíclica, que es un derivado de la purina o de la pirimidina;
2) una pentosa, y
3) una molécula de ácido fosfórico.
Las bases nitrogenadas
Los componentes principales de los ADN son cuatro desoxirribonucleótidos diferentes difieren entre si solamente sus bases nitrogenadas componentes, de las cuales reciben el nombre. Estas a su vez componen 2 subgrupos diferentes: son bases púricas o pirimídicas.
Las bases púricas:
- adenina
- guanina
Las bases pirimídicas:
- citosina
- timina
De modo semejante, son cuatro ribonucleótidos diferentes los componentes, principales de los ARN: contienen las bases púricas
- adenina
- guanina,
Y las bases pirimídicas
- citosina
- uracilo.
Así la timina, se halla presente de modo característicoen el ADN, pero no es habitual en el ARN, mientras que el uracilo se halla normalmente presente en el ARN, y sólo muy raras veces en el ADN.
Además de las bases corrientes anteriormente mencionadas, existen en algunos ácidos nucleicos pequeñas cantidades de otros muchos derivados de la purina y la pirimidina: son las llamadas bases raras o menores.
Todas las bases de purina y de pirimidina de los ácidos nucleicos absorben fuertemente la luz ultravioleta en la región de 250 a 280 nm. Es muy útil recordar esta propiedad a la hora de ponerse a tomar sol, porque ese hermoso color bronceado está formado por acumulación del pigmento melanina en las células superficiales de la piel. El pigmento sube para formar una especie de techo protector al ADN celular, que empieza a registrar errores ocasionados por el aporte de energía que absorbió a través de la radiación UV del sol.
Los azúcares. La otra diferencia de composición entre estas dos clases de ácidos nucleicos, es que los nucleótidos de ADN contienen, como pentosa (azucar de cinco carbonos), a la 2~desoxi~D~ribosa, mientras que los nucleótidos de ARN contienen D~ribosa. Esto quiere decir que el ADN tiene un oxígeno menos que el ARN en la posición 2. Ambos azúcares se encuentran en la forma de furanosa (cadena cerrada en forma de anillo pentagonal).
La pentosa está unida a la base por un enlace glucosídico (covalente)
El ácido fosfórico (a veces llamado ácido ortofosfórico). El grupo fosfato de los nucleótidos se halla unido mediante un enlace éster (covalente, recordemos que un enlace éster une un ácido con un alcohol) al átomo de carbono 5 de la pentosa.
Todos los ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos corrientes aparecen en las células no solamente en forma de monofosfatos, sino también en forma de difosfatos y trifosfatos. Un ejemplo muy famoso es el ATP, adenosín trifosfato.
El ATP es un transportador de fosfato en diversas reacciones enzimáticas importantes implicadas en la transferencia de energía química. El ATP cede un fosfato durante la transferencia de energía. Después de la desfosforilación del ATP, el ADP formado se refosforila a ATP durante la respiración (fosforilación oxidativa). Aunque el sistema ATP-ADP es el sistema primario o principal para la transferencia de grupos fosfato (y con ello transfiere energía) en la célula, los demás hay otros nucleótidos trifosfatados que canalizan también la energía química hacia rutas biosintéticas específicas.
Otra función es actuar como segundos mensajeros intracelulares. El AMP cíclico (cAMP) es llamado segundo mensajero intracelular porque transmite o amplifica en el interior de la célula las señales químicas que le llegan a través de la sangre mediante las hormonas, que son los primeros mensajeros.
NUCLEÓSIDOS
Cuando el grupo fosfato de un nucleótido se separa por hidrólisis, la estructura residual recibe el nombre de nucleósido
Existen dos series de nucleósidos: los ribonucléosidos, que contienen ribosa como componente glucosídico y los desoxirribonuclósidos, con desoxirribosa
LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
El descubrimiento de que la información genética esta codificada a lo largo de una molécula polimérica compuesta por sólo cuatro tipos de unidades monoméricas, es uno de los logros científicos más importantes de este siglo. Esta molécula polimérica, el ADN, es la base química de la herencia y está organizada en genes, unidades fundamentales de la información genética. Los genes controlan la síntesis de varios tipos de ARN, que en su mayor parte están involucrados en la síntesis de proteínas.
El ADN dirige la síntesis del ARN, que a su vez regula la síntesis de proteínas.
El ADN y el ARN tienen en común cierto número de propiedades químicas y físicas, debido a que en ambos, las sucesivas unidades nucleotídicas se hallan unidas covalentemente de idéntica manera mediante puentes fosfodiéster establecidos entre el grupo 5’hídroxilo de un nucleótido y el grupo 3'-hidroxilo del siguiente (unión 5´-3´). De este modo, el esqueleto de ambos, ADN y ARN, está constituido por grupos alternantes de fosfato y de pentosa, en los que los puentes fosfodiéster proporcionan una continuidad covalente. Las bases de purina y de pirimidina de las unidades nucleotídicas no se encuentran en la estructura del esqueleto, sino que constituyen cadenas laterales diferenciadas, lo mismo que los grupos R de los restos aminoácidos son las cadenas laterales distintivas de los polipéptidos.
ADN
Los ADN aislados de diferentes organismos y virus tienen normalmente dos hebras que aparecen en ordenadas como una doble hélice.
La doble hélice está formada por unión de las bases nitrogenadas de una cadena con las bases nitrogenadas de la cadena opuesta. Esta unión se realiza por medio de uniones puente de hidrógeno entre bases nitrogenadas opuestas y complementarias.
Si en la base es, por ejemplo, adenina, del lado opuesto sólo puede haber timina. Si se tratara de citosina, del lado opuesto sólo podría haber guanina.
Adenina siempre se opone a timina y citosina siempre se opone a guanina.
De las dos cadenas, sólo una es la que contiene la información genética. La cadena opuesta es solamente el molde a partir del cual se podría reconstruir la información del gen en caso de que se perdiera.
En la mayor parte de las células, las moléculas de ADN son tan grandes que no se pueden aislar fácilmente en forma intacta. En las células procariotas, que contienen un solo cromosoma, todo el ADN se halla esencialmente presente en forma de una sola doble hélice, es decir, una macromolécula constituida por dos hebras. En las células eucariótas, que contienen varios o muchos cromosomas, existen, en correspondencia, varias o muchas moléculas de ADN.
En las células eucariótas, casi todas las moléculas de ADN están presentes en el núcleo celular, donde están combinadas mediante enlaces iónicos con proteínas básicas llamadas histonas. Además del ADN nuclear, las células eucarióticas contienen también cantidades muy pequeñas de ADN en las mitocondrias (designado como mtADN).
ARN
Hay tres tipos de ARN. Todos son monocatenarios. Los tres tipos principales de ácido ribonucleico de las células se denominan, ARN mensajero (mARN), ARN ríbosómíco (rARN) y ARN de transferencia (tARN). Aunque los tres tipos se encuentran en forma de cadenas polinucleotîdicas simples, cada uno de ellos posee características propias. Además, cada una de las tres clases principales de ARN se presenta en múltiples formas moleculares. El ARN ribosómico de cualquier especie biológica existe por lo menos en tres formas principales, el ARN de transferencia presenta hasta 60 formas y el ARN mensajero aparece en centenares y quizás incluso en millares de formas diferentes. La mayor parte de las células contienen de 2 a 8 veces más de ARN que de ADN.
En las células bacterianas, la mayor parte del ARN se encuentra en el citoplasma, aunque en parte se halla unido de modo no covalente al ADN durante su formación en el proceso de transcripción. En las células eucarióticas las diversas formas de ARN poseen una distribución intracelular característica. En las células hepáticas, aproximadamente el 11 % del ARN total se halla en el núcleo, cerca del 15 % en las mitocondrias, alrededor del 50% en los ribosomas y un 24 % en el citosol.
Los virus sólo poseen un tipo de ácido nucleico. A los que poseen ARN se los denomina retrovirus.
ARN mensajero
El ARN mensajero contiene solamente las cuatro bases principales. Se sintetiza en el núcleo durante el proceso de transcripción, en el que la secuencia de bases de una hebra del
ADN cromosómico se transcribe, enzimaticamente, en forma de una sola hebra de mARN. Cierta cantidad de mARN se sintetiza también en la mitocondria. La secuencia de bases de la hebra de mARN así formado es complementaria e la hebra de ADN que está siendo transcrita. Después de la transcripción, el mARN pasa al citoplasma y luego a los ribosomas, en donde actúa como matriz para la ordenación secuencial de los aminoácidos durante la biosíntesis de las proteínas.
Cada una de los millares de proteínas diferentes sintetizada por la célula es codificada por un mARN específico o por un segmento de una molécula de mARN.
ARN de transferencia
Los ARNs de transferencia son moléculas relativamente pequeñas que actúan como transportadoras de aminoácidos individuales específicos durante la síntesis proteica en los ribosomas. Contienen entre 75 y 90 unidades nucleotídicas. Cada uno de los 20 aminoácidos hallados en las proteínas posee, por lo menos, un tARN correspondiente, mientras que algunos de ellos tienen múltiples tARN. Por ejemplo, en las células de E. coli (es un tipo de bacteria), existen cinco tARN diferentes y específicos para la transferencia del aminoácido leucina. Además, existen diferentes tipos de tARN para un determinado aminoácido en las mitocondrias y en el citoplasma de las células eucarióticas. Se han aislado muchos tARNs distintos, de diferentes clases de células.
ARN ríbosómico
El ARN ribosómíco (r'ARN) constituye hasta el 65 % de la masa de los ríbosomas.
Aunque los r'ARNs constituyen una gran fracción del total del ARN celular su función en los ribosomas no esta clara todavía.
La estructura covalente y la secuencia de bases de las cadenas polinucleotídicas se esquematizan frecuentemente tal como enseña las figuras de abajo. Corrientemente se emplea una convención internacional para indicar las secuencias nucleosídicas de los polinucleótidos. Los nucleósidos del ARN se simbolizan por A, U. G y C: los del ADN por dA, dT, dG y dC. posición 5', y cuando aparece a la derecha del símbolo del nucleósido, el fosfato está esterificado a la posición 3´.
Hidrólisis enzimática de los ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos íngeridos por los animales experimentan hidrólisis enzimática en el intestino por la acción de las nucleasas secretadas por el páncreas. Estas enzimas son encargadas de romper la unión fosfodiester. Cuando estas nucleasas atacan la molécula por los extremos (5´ o 3´) se las denomina exonucleasas. Las nucleasas que no necesitan la existencia de ningún grupo 3' o 5'-hidroxilo libre en el extremo de la cadena y atacan a ciertos enlaces 3' ó 5' en cualquier punto se llaman endonucleasas
Complejos supramoleculares proteína-ácido nucleico
Algunos ácidos nucleicos se encuentran en las células en forma de asociaciones no covalentes con proteínas específicas, constituyendo complejos supramoleculares. Entre estos sistemas proteína-ácido nucleico, que poseen estructuras y funciones biológicas muy complejas, se encuentran los ribosomas y los virus. También los cromosomas de las células eucariotas, que son empaquetamientos de ADN y unas proteínas llamadas histonas.
Cuestionario
1- explique brevemente que roles juegan el ADN y el ARN en relación con la información genética.
2- Cuáles son los componentes de los nucleótidos?
3- En que se diferencia un nucleótido de un nucleósido?
4- Cuál es la base nitrogenada que se encuentra sólo en el ADN y cuál la que se encuentra sólo en el ARN
5- A qué se debe el hecho de que la piel se oscurezca luego de una exposición al sol?
6- El azúcar está unida a la base por un enlace glucosídico. Qué tipo de enlace es este?
7- El grupo fosfato de los nucleótidos se halla unido mediante un enlace éster. Qué tipo de enlace es este?
8- Cuál es la función del ATP?
9- Cómo es la relación ADN – ARN – síntesis de proteínas
10- La molécula de ADN es bicatenaria. De las dos cadenas, sólo una es la que contiene la información genética. ¿cuál es la función de la otra cadena?
11- Cómo se denominan los tres tipos principales de ARN?
12- A qué se denomina retrovirus?
