NUY NUCLEOTIDOS (ÁCIDOS NUCLEICOS)

 

La información que dicta las estructuras de la enorme variedad de moléculas de proteínas que se encuentran en los organismos está codificada en moléculas conocidas como ácidos nucleicos..

La información contenida en los ácidos nucleicos es transcripta y luego traducida a las proteínas. Son las proteínas las moléculas que finalmente ejecutarán las "instrucciones" codificadas en los ácidos nucleicos.

Así como las proteínas están formadas por cadenas largas de aminoácidos, los ácidos nucleicos están formados por cadenas largas de nucleótidos.

Un nucleótido, sin embargo, es una molécula más compleja que un aminoácido. Está formado por tres subunidades: un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada; esta última tiene las propiedades de una base y, además, contiene nitrógeno.

La subunidad de azúcar de un nucleótido puede ser ribosa o bien desoxirribosa. Como puede verse, la diferencia estructural entre estos dos azúcares es leve.

En la ribosa, el carbono 2 lleva un átomo de hidrógeno por encima del plano del anillo y un grupo hidroxilo por debajo del plano; en la desoxirribosa, el grupo hidroxilo del carbono 2 está reemplazado por un átomo de hidrógeno.

Los nucleótidos pueden unirse en cadenas largas por reacciones de condensación que involucran a los grupos hidroxilo de las subunidades de fosfato y de azúcar. En la figura se muestra una molécula de RNA que, como se observa, está formada por una sola cadena de nucleótidos. Las moléculas de DNA, en cambio, constan de dos cadenas de nucleótidos enrrolladas sobre sí mismas, formando una doble hélice.

La ribosa es el azúcar en los nucleótidos que forman ácido ribonucleico (RNA) y la desoxirribosa es el azúcar en los nucleótidos que forman ácido desoxirribonucleico (DNA). Hay cinco bases nitrogenadas diferentes en los nucleótidos, que son los sillares de construcción de los ácidos nucleicos. Dos de ellas, la adenina y la guanina, se conocen como purinas. Las otras tres, citosina, timina y uracilo se conocen como pirimidinas.

 

Las cinco bases nitrogenadas de los nucleótidos que constituyen los

ácidos nucleicos. a) La adenina y la guanina aparecen tanto en el DNA como en el RNA, al igual que la

citosina. b) La timina, también una pirimidina, se encuentra en el DNA, pero no en el RNA y el uracilo, una

tercera pirimidina, se encuentra en el RNA, pero no en el DNA.

 La adenina, la guanina y la citosina se encuentran tanto en el DNA como en el RNA, mientras que la timina se

encuentra sólo en el DNA y el uracilo sólo en el RNA. Aunque sus

componentes químicos son muy semejantes, el DNA y el RNA

desempeñan papeles biológicos muy diferentes. El DNA es el

constituyente primario de los cromosomas de las células y es el portador del mensaje genético. La función del RNA es transcribir el mensaje genético presente en el DNA y traducirlo a proteínas. El descubrimiento de la estructura y

función de estas moléculas es hasta ahora, indudablemente, el mayor triunfo del enfoque molecular en el estudio de la biología.

Los nucleótidos, además de su papel en la formación de los ácidos nucleicos, tienen una función independiente y vital para la vida celular. Cuando un nucleótido se modifica por la unión de dos grupos fosfato, se convierte en un transportador de energía, necesario para que se produzcan numerosas reacciones químicas celulares. La energía contenida en los glúcidos de reserva como el almidón y el glucógeno, y en los lípidos, viene a ser como el dinero depositado a plazo fijo; no es asequible fácilmente. La energía de la glucosa es como el dinero en una cuenta corriente, accesible, pero no tanto como para realizar todas las operaciones cotidianas. La energía en los nucleótidos modificados, en cambio, es como el dinero de bolsillo, disponible en cantidades convenientes y aceptadas en forma generalizada.

Esquema de una molécula de ATP (adenosín trifosfato).

 

La única diferencia entre el ATP y el AMP (adenosín monofosfato) es la unión de dos grupos fosfato adicionales. Aunque esta diferencia en la fórmula puede parecer pequeña, es la clave del funcionamiento del ATP en los seres vivos.

Los enlaces que unen los tres grupos fosfato son relativamente débiles, y pueden romperse con cierta facilidad por hidrólisis. Los productos de la reacción más común son el ADP-adenosín di fosfato- un grupo fosfato y energía. Esta energía al desprenderse, puede ser utilizada para producir otras reacciones químicas.

La hidrólisis del ATP.

Con la adición de una molécula de agua al ATP, un grupo fosfato se separa de la molécula. Los productos de la reacción son el ADP, un grupo fosfato libre y energía. Alrededor de unas 7 Kcalorías de energía se liberan por cada mol de ATP hidrolizado. La reacción puede ocurrir en sentido contrario si se aportan las 7 Kcalorías por mol necesarias.

DNA y RNA

Los organismos vivos son sistemas complejos. Cientos de miles de proteínas existen dentro de

cada uno de nosotros para ayudarnos a desarrollar nuestras funciones cotidianas. Estas

proteínas son producidas localmente, armadas pieza por pieza con especificaciones exactas. Se

requiere una enorme cantidad de información para manejar correctamente este complejo

sistema. Esta información, detallando la estructura específica de las proteínas dentro de nuestros

cuerpos, está guardada en un conjunto de moléculas llamado ácidos nucleicos.

Estos ácidos nucleicos son moléculas muy grandes que tienen dos partes principales. La

columna vertebral del ácido nucleico está formada de moléculas alternadas de azúcar y de

fosfato que están unidas en una larga cadena, tal como está representada abajo:

azúcar fosfato azúcar fosfato ...

Cada uno de los grupos de azúcar en la columna vertebral está unido (a través de la unión roja) a

un tercer tipo de molécula llamada base nucleótida:

base

nucleótida

base

nucleótida

| |

azúcar fosfato azúcar fosfato ...

Mientras que hay sólo cuatro diferentes bases nucleotídicas que pueden estar en un ácido

nucleico, cada ácido nucleico contiene millones de bases unidas a él. El orden en el cual estas

bases nucleótidas aparece en el ácido nucleico, codifica la información contenida en la molécula.

En otras palabras, las bases nucleótidas sirven como una suerte de alfabeto genético donde está

codificada la estructura de cada proteína de nuestros cuerpos.

DNA

En la mayoría de los organismos vivos (excepto en los virus), la información genética está

guardada en la molécula llamada ácido desoxirribonucleico, o DNA. El DNA está hecho de

residuos en el núcleo de células vivas. El DNA toma su nombre de la molécula de azúcar

contenida en su columna vertical (desoxirribosa), sin embargo toma su importancia de su

estructura única. Hay cuatro diferentes bases nucleótidas que ocurren en el DNA: adenina (A),

citosina (C), guanina (G) y timina (T).

La Estructura Química de los Nucleótidos del DNA

Estos nucleótidos se unen a la columna vertebral de la molécula de azúcar

de la siguiente manera:

A T G C

azúc

ar fosfa

to

azúc

ar fosfa

to

azúc

ar fosfa

to

azúc

ar

.

.

.

La versatilidad del DNA proviene del hecho que en la realidad la molécula

es una doble espiral. Las bases nucleótidas de la molécula del DNA forman

pares complementarios: hidrógenos nucleótidos se unen a otras bases

nucleótidas en una trenza de DNA opuesta a la original. Esta unión es

específica, de tal manera que la adenina siempre se une a la timina (y vice

versa) y la guanina siempre se une a la citosina. Esta unión ocurre a través

de la molécula dando como resultado un sistema de doble espiral tal como

muestra el dibujo siguiente:

Al comienzo de la decada del 1950, cuatro científicos, James Watson y

Francis Crick en Cambridge University y Maurice Wilkins y Rosalind

Franklin en King's College, determinaron la verdadera estructura del DNA

sobre la base de datos y de los rayos X de la molécula que Franklin había

tomado. En 1953, Watson y Crick publicaron un trabajo en la revista

científica Nature describiendo esta investigación. Watson, Crick, Wilkins y

Franklin habían mostrado que, no solamente la molécula del DNA es una

doble espiral, sino que dos trenzas se envuelven entre ellas para formar

una hélice. La verdadera estructura de la molécula del DNA es una doble hélice, tal como se muestra a la derecha.

La molécula DNA doblemente trenzada tiene la habilidad única de poder

hacer exactas copias de ella misma, o duplicarse a sí misma. Cuando un

organismo requiere más DNA (como durante la reproducción o el

crecimiento celular), el hidrógeno que se une entre las bases nucleótidas se

rompe y las dos hileras del DNA se separan. La célula trae nuevas bases

complementarias y apareadas con cada una de las hileras del DNA

formando así dos nuevas e idénticas trenzas de la molécula del DNA. Este

concepto está ilustrado en la animación siguiente.

La Réplica del DNA

Concept simulation - Reenacts replication of DNA.

a

z

ú

c

a

r

f

o

s

f

a

t

o

a

z

ú

c

a

r

f

o

s

f

a

t

o

a

z

ú

c

a

r

f

o

s

f

a

t

o

a

z

ú

c

a

r

.

.

.

T A C G

¦ ¦ ¦ ¦

A T G C

a

z

ú

c

a

r

f

o

s

f

a

t

o

a

z

ú

c

a

r

f

o

s

f

a

t

o

a

z

ú

c

a

r

f

o

s

f

a

t

o

a

z

ú

c

a

r

.

.

.

(Flash required)

RNA

El ácido ribonucleico, o RNA, toma su nombre del grupo de los azúcares en la columna vertebral

de la molécula - ribosa. Varias similitudes y diferencias existen entre el RNA y el DNA. Como el

DNA, el RNA tiene una columna vertebral de azúcar y fosfato con bases nucleótidas atadas a

ella. Como el DNA, el RNA contiene las bases adenina (A), citosina (C) y guanina (G); sin

embargo el RNA no contiene timina. En vez de esto, el cuarto nucleótido del RNA es la base

uracilo (U). Al contrario de la molécula doblemente trenzada DNA, el RNA es una molécula de

una sola hilera. El RNA es el principal material genético usado en los organismos llamados virus,

y el RNA también es importante en la producción de proteínas en otros organismos vivos. El RNA

puede moverse alrededor de las células de los organismos vivos y por consiguiente sirve como

una suerte de mensajero genético, transmitiendo la información guardada en el DNA de la célula,

desde el núcleo hacia otras partes de la célula donde se usa para ayudar a producir proteínas.

A U G C

azúca

r fosfato

azúcar

fosfato

azúcar

fosfato

azúcar...

RNA

¿Qué es el ADN?

Por Dr. Ananya Mandal, MD

El ADN es el ácido desoxirribonucleico. Se encuentra en los núcleos de las células, que componen el cuerpo. En consecuencia, el ADN puede considerarse como uno de los pilares del cuerpo.

Para comprender la estructura exacta y función del cuerpo es esencial para conocer lo que es una celda y cómo está estructurado.

La célula

La célula es la estructura básica del cuerpo. El cuerpo humano está construido de miles de millones y billones de células. Las células de diferentes órganos varían según su función.

Cada célula contiene el material hereditario y puede hacer copias de sí mismos reproduciendo y multiplicando. Después de un período de vida específico las células viejas mueren.

Partes de la célula se llaman organelos. Las células humanas contienen las siguientes partes principales:

Núcleo: Esto es parte central de la célula que lleva la impresión azul para el funcionamiento de la célula y le dice a la célula cuando crecen, reproducen y mueren. También alberga el ADN (ácido desoxirribonucleico).

Las mitocondrias – estas son las potencias de la célula y producir energía para las diferentes actividades de la célula.

Citoplasma – esto es una jalea como líquido dentro de la celda en la que los otros organelos flotan.

Retículo endoplasmático (ER) – Esto ayuda en el procesamiento de las moléculas (por ejemplo, proteínas) creado por la célula.

Los ribosomas – estos mienten sobre el ER y procesar las instrucciones genéticas o los planos dentro del ADN y crear nuevas proteínas. Estos también pueden flotar libremente en el citoplasma.

Lisosomas y peroxisomas: Estos ayudan en digerir bacterias extranjeras que invaden las células, eliminación la célula de sustancias tóxicas

Membrana celular: es el revestimiento exterior de la célula.

Los cromosomas

Dentro del núcleo el ADN filamentos son apretadas a los cromosomas de forma. Durante la división celular, los cromosomas son visibles.

Cada cromosoma tiene un punto de constricción llamado centrómero desde donde se forman los dos brazos. El brazo corto del cromosoma es etiquetado como el "brazo p". El brazo largo del cromosoma se denomina el "brazo de q".

Cada par de cromosomas tiene una forma diferente por la ubicación del centrómero y el tamaño de los brazos p y q.

Normalmente, los humanos tienen 23 pares de cromosomas, para un total de 46. Veinte y dos de estos pares, llamados autosomas, parecen iguales en machos y hembras.

El par 23 se llama los cromosomas sexuales y difiere entre machos y hembras. Las hembras tienen dos copias del cromosoma X o XX, mientras que los machos tienen un cromosoma X y un cromosoma Y.

Los Genes

Los genes son material hereditario que se encuentra dentro del núcleo celular. Genes, que se componen de ADN, actúan como las instrucciones para hacer moléculas denominadas proteínas.

El proyecto genoma humano ha estimado que los seres humanos tienen entre 20.000 y 25.000 genes. Cada persona tiene dos copias de cada gen, una heredada de cada padre. En su mayoría son similares en todas las personas, pero un pequeño número de genes (menos del 1 por ciento del total) es ligeramente diferente entre las personas y constituye la base de pruebas de paternidad y análisis de ADN.

¿Donde se encuentra el ADN?

ADN, o ácido desoxirribonucleico, es el material hereditario que se encuentra en el núcleo de todas las células en los seres humanos y otros organismos vivos. La mayoría del ADN se coloca dentro del núcleo y se llama el ADN nuclear. Sin embargo, una pequeña porción de ADN también puede encontrarse en las mitocondrias y se llama DNA mitocondrial o el ADN mitocondrial.

¿Qué se hizo de ADN?

ADN contiene cuatro bases químicas:

Adenina (A) Guanina (G) Citosina (C) Timina (T).

Pares de bases de ADN

ADN bases par arriba entre sí, A con T y C con G, a unidades de forma llamadas pares de bases. Cada base también está conectada a una molécula de azúcar y una molécula de fosfato.

ADN en los seres humanos contiene alrededor de 3 billones de bases y son similares en dos personas aproximadamente el 99% del total de bases. Estas bases son secuenciadas diferente para diferente información que debe transmitirse. Esto es similar a la forma en que diferentes secuencias de letras forma palabras y secuencias de palabras forman frases.

Nucleótidos y la doble hélice

Una base, el azúcar y el fosfato en combinación se llama un nucleótido. Nucleótidos están organizados en dos filamentos largos que forman una espiral que se llama una doble hélice. Esto se parece a una escalera retorcida y los pares de bases forman los peldaños de la escalera y las moléculas de azúcar y fosfato forman los lados de la escalera.

¿Cómo se replica ADN?

El ADN puede hacer copias de sí mismo. Tanto los filamentos del ADN abrirán y hacen una copia de cada uno y se convierten en dos bases de ADN. Así, cada nuevo ADN posee una copia del ADN antiguo desde donde se realiza la copia.

ADN mitocondrial

Las mitocondrias contienen una cantidad pequeña de ADN. Este material genético se conoce como DNA mitocondrial o el ADN mitocondrial.

Cada celda contiene cientos de miles de mitocondrias que se encuentran dentro del citoplasma. ADN mitocondrial contiene 37 genes que ayudan a funcionar normalmente. Trece de estos genes proporcionan instrucciones para la fabricación de enzimas involucradas en la producción de energía por fosforilación oxidativa. El resto de la ayuda de genes en la fabricación de moléculas llamado ARN de transferencia (ARNt) y ARN ribosómico (rRNAs) que ayudan en la síntesis de proteínas.

Jerarquía estructural

Fuentes

1. http://www.biologymad.com/resources/DNA.pdf 2. http://ghr.nlm.nih.gov/Handbook/Basics.pdf 3. http://www.Genome.gov/Pages/Education/modules/BasicsPresentation.pdf 4. http://users.ugent.be/~avierstr/Principles/DNA.html

Leer más

Propiedades del ADN Modificaciones químicas del ADN Funciones biológicas del ADN Interacciones del ADN con proteínas ADN recombinación genética Evolución de ADN ADN y tecnología Historia de la investigación de ADN