El término " ácido nucleico " engloba moléculas esenciales y de gran tamaño presentes en las células. Se componen de cadenas de unidades repetitivas de polímeros. Entre los ácidos nucleicos más conocidos se encuentran el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico).
Los ácidos nucleicos cumplen un papel crucial en el almacenamiento de información dentro de la célula. La célula codifica información de forma similar a una grabación en una cinta, utilizando los ácidos nucleicos. La secuencia de estas moléculas en el polímero puede transmitir instrucciones como " fabricar una proteína ", " replicarme ", o " trasládeme al núcleo ".
Una característica notable de los ácidos nucleicos es su gran estabilidad. Para transmitir información genética de una célula a otra, se necesita una molécula estable que no se degrade fácilmente, y los ácidos nucleicos cumplen esta función.
El nombre " ácido nucleico " proviene de su descripción inicial, ya que poseen propiedades ácidas, similares a los ácidos conocidos. El término "nucleico" se debe a su aislamiento inicial en el núcleo celular, donde se encuentra principalmente el ADN.
¿Qué es el ADN y dónde se encuentra?
El ADN es el material genético que se encuentra en todos los organismos vivos. En las células eucariotas, el ADN reside en el núcleo celular, así como en los orgánulos como las mitocondrias y los cloroplastos. Forma un complejo con las proteínas histonas para crear la cromatina, que a su vez compone los cromosomas. Cada cromosoma puede contener miles de genes, los cuales portan la información necesaria para la producción de proteínas que llevan a cabo las funciones vitales del cuerpo.
Un poco de historia del ADN
El ADN fue aislado por primera vez en 1869 por el médico suizo Friedrich Miescher, mientras estudiaba la composición química de la pus. Al examinar las vendas impregnadas de pus, observó un precipitado de una sustancia desconocida que llamó nucleína, debido a su extracción desde los núcleos celulares. Sin embargo, su estructura y naturaleza química aún eran desconocidas.
En 1919, Phoebus Levene identificó que un nucleótido está formado por una base nitrogenada, un azúcar y un grupo fosfato. También identificó la existencia del ADN y ARN. En 1928, Frederick Griffith trabajó con cepas lisas y rugosas de una bacteria, un " factor transformante ". Al fragmentar la nucleína, separó un componente proteico y un grupo prostético, al que llamó ácido nucleico debido a su naturaleza ácida.
En la década de 1930, Levene y su maestro Albrecht Kossel determinaron que la nucleína identificada por Miescher era el ácido desoxirribonucleico (ADN), compuesto por cuatro bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina y timina), el azúcar desoxirribosa y un grupo fosfato. En 1937, William Astbury produjo la primera imagen de difracción de rayos X del ADN, mostrando su estructura regular.
En 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty aislaron la fracción activa del " factor transformante ", que estaba compuesto principalmente por ácido desoxirribonucleico viscoso, libre de proteínas, lípidos y polisacáridos.
En 1952, Alfred Hershey y Martha Chase demostraron que un fago (virus que infecta bacterias) transmitía su información genética mediante su ADN, no a través de sus proteínas. El bioquímico austriaco Erwin Chargaff analizó diferentes especies de ADN y descubrió que la adenina, timina, citosina y guanina no estaban presentes en cantidades iguales, variaban entre especies, pero no entre individuos de la misma especie.
En 1953, Rosalind Franklin, química especializada en cristalografía de rayos X, aplicó esta técnica para estudiar la estructura del ADN. Maurice Wilkins, Francis Crick y James Watson, gracias a sus estudios de difracción de rayos X, lograron desentrañar la estructura molecular de doble hélice del ADN, lo que les valió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 196Lamentablemente, Rosalind Franklin falleció antes de recibir el reconocimiento.
Desde la década de 1960, se realizaron intentos de clonación artificial con renacuajos y otros animales, hasta que en 1997, Wilmut logró la clonación de la oveja Dolly a partir de una célula somática. Este hito demostró que las características fenotípicas derivan del ADN.
ADN y ARN: Dos moléculas esenciales
Los dos tipos principales de ácidos nucleicos son el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico). El ADN es el material genético presente en todos los organismos vivos, mientras que el ARN participa principalmente en la síntesis de proteínas.
El ADN nunca abandona el núcleo celular. Para comunicarse con el resto de la célula, utiliza un intermediario: el ARN mensajero (ARNm). Otros tipos de ARN, como el ARN ribosómico (rRNA), el ARN de transferencia (tRNA) y los micro ARN (miARN), también participan en la síntesis de proteínas y su regulación.
Tanto el ADN como el ARN están formados por monómeros llamados nucleótidos. Un nucleótido está formado por:
- Base nitrogenada : Las bases nitrogenadas son moléculas orgánicas que contienen carbono y nitrógeno. Actúan como bases porque contienen un grupo amino que puede unirse a un hidrógeno adicional, disminuyendo la concentración de iones de hidrógeno y haciéndolo más básico.
- Azúcar : En el ADN, el azúcar es la desoxirribosa, mientras que en el ARN es la ribosa. La diferencia entre ambos azúcares radica en la presencia de un grupo hidroxilo en el segundo carbono de la ribosa.
- Grupo fosfato : El grupo fosfato une los nucleótidos entre sí, formando enlaces fosfodiéster.
Componentes del ADN
Ácido fosfórico : Su fórmula química es H 3PO 4. Cada nucleótido puede contener un monofosfato (AMP), dos difosfatos (ADP) o tres trifosfatos (ATP). Sin embargo, como monómeros constituyentes de los ácidos nucleicos, solo aparecen en forma de nucleósidos monofosfatos.
Azúcar desoxirribosa : La estructura de soporte de una hebra de ADN está formada por unidades de grupos fosfato y azúcar desoxirribosa. La desoxirribosa es un azúcar pentosa que tiene un átomo de oxígeno menos que la ribosa. Los átomos de carbono de la molécula de azúcar están numerados como 1', 2', 3', 4' y 5' (lee como "un primo").
Bases nitrogenadas : Las bases nitrogenadas son moléculas orgánicas que contienen carbono y nitrógeno. Existen dos tipos principales de bases nitrogenadas: purinas y pirimidinas.
Purinas
- Adenina (A) : Se empareja con la timina (T) mediante dos puentes de hidrógeno (A=T).
- Guanina (G) : Se empareja con la citosina (C) mediante tres puentes de hidrógeno (G≡C).
Pirimidinas
- Citosina (C) : Se empareja con la guanina (G) mediante tres puentes de hidrógeno (C≡C).
- Timina (T) : Se empareja con la adenina (A) mediante dos puentes de hidrógeno (T=A).
En el ARN, la timina es reemplazada por el uracilo (U), que también se empareja con la adenina (U=A).
Estructura del ADN
La estructura del ADN se puede describir en varios niveles:
Estructura primaria
La secuencia de bases nitrogenadas en una hebra de ADN determina la información genética. Esta secuencia se considera un código que define el orden de las bases. La diferencia en la información genética reside en la distinta secuencia de bases nitrogenadas.
Estructura secundaria
El ADN tiene una estructura secundaria de doble hélice, en la que dos hebras de ADN se enrollan una alrededor de la otra en forma de espiral. Las hebras son complementarias, es decir, la secuencia de bases de una hebra determina la secuencia de bases de la otra hebra. Además, las hebras son antiparalelas, lo que significa que el extremo 3' de una hebra se enfrenta al extremo 5' de la otra hebra. Existen tres modelos principales de ADN, siendo la forma B la más común en las células.
Estructura terciaria
La estructura terciaria del ADN se refiere a cómo se empaqueta el ADN en un espacio reducido para formar los cromosomas. Esta organización varía entre organismos procariotas y eucariotas. En las células procariotas, el ADN se pliega en una superhélice circular, asociado a una pequeña cantidad de proteínas. En las células eucariotas, la cantidad de ADN en cada cromosoma es mucho mayor, por lo que se necesitan proteínas como las histonas y las protaminas para compactarlo.
Estructura cuaternaria
La estructura cuaternaria del ADN se refiere a la organización de los cromosomas en el núcleo celular. Los cromosomas están formados por cromatina, la cual se compone de ADN envuelto alrededor de proteínas histonas. La cromatina se organiza en nucleosomas, que son unidades básicas de la cromatina. Los nucleosomas se unen entre sí formando una estructura de solenoide, que luego se pliega en una estructura más compacta para formar los cromosomas.
El ARN: Una molécula versátil
El ARN (ácido ribonucleico) es una molécula esencial que participa en la síntesis de proteínas, bajo la dirección del ADN. El ARN generalmente es de cadena sencilla y está hecho de ribonucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Un ribonucleótido en la cadena de ARN contiene ribosa (el azúcar pentosa), una de las cuatro bases nitrogenadas (A, U, G y C) y el grupo fosfato.
Existen cuatro tipos principales de ARN:
- ARN mensajero (ARNm) : El ARNm es una molécula lineal que transporta la información genética del ADN a los ribosomas para la síntesis de proteínas.
- ARN de transferencia (ARNt) : El ARNt es una molécula que transporta los aminoácidos al ribosoma para la síntesis de proteínas.
- ARN ribosómico (ARNr) : El ARNr es el tipo más abundante de ARN y forma parte de los ribosomas, que son las estructuras celulares donde se sintetizan las proteínas.
- Micro ARN (miARN) : Los miARN son moléculas pequeñas que regulan la expresión de los genes. Pueden unirse al ARNm y bloquear su traducción a proteínas.
La importancia del ADN y ARN
El ADN y el ARN son moléculas fundamentales para la vida. El ADN contiene la información genética que se transmite de generación en generación. El ARN, por su parte, es la molécula que utiliza el ADN para sintetizar proteínas, las cuales son las responsables de la estructura y función de los organismos vivos.
El estudio del ADN y ARN ha revolucionado la medicina y la biotecnología. La secuenciación del ADN ha permitido comprender mejor las enfermedades genéticas y desarrollar nuevas terapias. La ingeniería genética, basada en la manipulación del ADN, ha permitido crear nuevos medicamentos, cultivos resistentes a plagas y animales con características mejoradas.
El ADN y ARN son ejemplos de la complejidad y belleza de la vida. Su estudio nos ayuda a comprender los procesos básicos de la vida y a desarrollar nuevas tecnologías para mejorar la salud humana y el medio ambiente.
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