ÁCIDOS NUCLEICOS

DEFINICIÓN QUÍMICA


Los ácidos nucleicos son grandes polímeros formados por la repetición de monómeros denominados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman, largas cadenas; algunas moléculas de ácidos nucleicos llegan a alcanzar tamaños gigantescos, con millones de nucleótidos encadenados.
Los ácidos nucleicos son una macromolécula localizada en las células. Al igual que las proteínas y los polisacáridos, las otras macromoléculas, los ácidos nucleicos son moléculas grandes formadas por muchas unidades similares vinculadas. Hay dos clases de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). Cada uno está formado por cuatro nucleótidos diferentes: adenina, citosina, guanina, timina y en el ADN: adenina, citosina, guanina y uracilo en el ARN.

CLASIFICACIÓN

Nucleótidos y nucleótidos Las unidades que forman los ácidos nucleicos son los nucleótidos. Cada nucleótido es una molécula compuesta por la unión de tres unidades: un monosacárido de cinco carbonos (una pentosa, ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN), una base nitrogenada purínica (adenina, guanina) o pirimidínica (citosina, timina o uracilo) y un grupo fosfato (ácido fosfórico). Tanto la base nitrogenada como los grupos fosfato están unidos a la pentosa.

La unidad formada por el enlace de la pentosa y de la base nitrogenada se denomina nucleósido. El conjunto formado por un nucleósido y uno o varios grupos fosfato unidos al carbono 5′ de la pentosa recibe el nombre de nucleótido. Se denomina nucleótido-monofosfato (como el AMP) cuando hay un solo grupo fosfato, nucleótido-difosfato (como el ADP) si lleva dos y nucleótido-trifosfato (como el ATP) si lleva tres.

-Se clasifican según la pentosa que poseen:

Azúcar Bases

Desoxirribosa ADN A, G, C y T

Ribosa ARN A, G, C y U

El ADN y el ARN se encuentran simultáneamente en todas las células animales y vegetales, mientras que en virus sólo se localiza uno de ellos.

Sus funciones son el almacenamiento de la información genética y su transmisión.

Estructuras del ADN

Tres tipos de estructuras en el ADN:

• Estructura B: Descubierta por Watson y Crick es la que está presente en condiciones biológicas, es decir, cuando en el medio celular hay agua.

• Estructura A: Se presenta únicamente cuando no hay agua.

• Estructura Z: Aparece cuando el ADN ya se ha expresado o que no se va a expresar nunca porque no tiene información.

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• Estructura tipo B: Los planos de las bases nitrogenadas son perpendiculares al eje, además las hélices se enrollan según las agujas del reloj, dextrógila. Watson y Crick constituyeron un modelo de este tipo ya que conocían los tamaños atómicos de los distintos componentes del ADN, comprobando que cada 0, 34 nm se encontraban un par de bases y que la doble hélice daba un giro completo cada 3,4 nm siendo el diámetro de 2 nm. Existen así 10 pares de bases por cada vuelta de hélice.

• Estructura tipo A: Los planos de las bases son ligeramente oblicuos al eje longitudinal. La

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• - hélice es dextrógila y hay un giro completo cada 2, 8 nm, en cada vuelta podemos encontrar 11 nucleótidos. Se forma por deshidratación de la estructura tipo B y se cree que es la estructura que presenta los ARN de doble cadena, los híbridos de ADN y ARN y las zonas con doble hélice de los ARNt y ARNr.

• Estructura tipo Z: Presenta una doble

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• - hélice levógila, el giro completo se produce cada 4, 5 nm y contiene unos 12 residuos por vuelta. Por tanto, esta estructura es más alargada y delgada que las anteriores. El esqueleto de la hélice tiene un aspecto de zigzag, de ahí su nombre. Es común encontrar ésta estructura donde sus bases están metiladas, genes ya expresados o genes que no van a expresarse, por eso se asocia a la ausencia de actividad del ADN.

• ARN de transferencia: Monocatenario, con algunas zonas de estructura secundaria, con forma de trébol con un brazo llamado D, otro T, otro anticodon, y su brazo aceptor de aminoácidos.

• ARN mensajero: Tiene estructuras diferentes en procariotas y eucariotas; en eucariotas tiene estructura primaria en algunas zonas, y secundaria en otras, asociadas a proteínas. Se forma a partir de preARN mensajero (ARN heterogéneo nuclear). Éste tiene zonas con información, exones y zonas sin información intrones; alternándolos unos con otros. Es necesario un proceso de maduración de la molécula donde se eliminen los intrones, además de poner una caperuza en el extremo 5´ y un segmento sin información, al extremo 3´ se añaden 150-200 nucleótidos de A, cola de poli- A, sirve para darle estabilidad frente a las exonucleasas.

• ARN ribosómico: Forma parte de los ribosomas, el peso de los ribosomas se suele expresar según el coeficiente de sedimentación de Svedberg. Las células procariotas poseen ribosomas de 70s, la subunidad mayor tiene ARNr 23s y 5s; la subunidad menor ARN de 16s. Las células eucariotas tienen ribosomas de 80s, la subunidad mayor ARNr 28s y 5,8s; la menor 18s.

La estructura primaria del ADN va a ser la secuencia de nucleótidos, el mensaje genético reside en dicha secuencia.

La estructura secundaria va a ser la

- hélice, que va a constar de dos cadenas polinucleótidas que se enrollan en espiral formando una doble-

- hélice, en donde los azúcares y restos ortofosfóricos se sitúan en la periferia de la cadena y las bases nitrogenadas dentro de la cadena y enfrentadas, existiendo dos puentes de hidrógeno entre A y T, y tres puentes de hidrógeno entre G y C. Las dos hebras no son iguales son complementarias y antiparalelas, es decir, el extremo de una es 3´y al final 5´, y en la otra 5´- 3´. Tienen un arrollamiento plectonímico, es decir, se enrollan alrededor de un hipotético eje longitudinal, y no se van a separar a menos que se produzca la desnaturalización.

La estructura terciaria. El ADN bacteriano adopta en ocasiones una disposición espacial sin el concurso de histonas, llamado ADN superenrollado. Debido a las tensiones que surgen cuando se varía en el número de vueltas de doble hélice.

ARN

Está constituido por una cadena única de nucleótidos, ribosas y bases (A, C, G y U). También de moléculas de ácido ortofosfórico. Los ribonucleótidos se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster, en el sentido 5´y 3´ al igual que en el ADN. A diferencia del ADN el ARN es siempre monocatenario, excepto en los renovirus.

Se ha observado ARN con función biocatalizadora lo que nos sugiere que éstas moléculas pudieron ser las primeras en autoreduplicarse y posteriormente el ADN fue el encargado de guardar la información genética por su estabilidad.

Existen unos 50 ARNt diferentes y su misión es transportar los aminoácidos a los ribosomas para la síntesis de proteínas.

El ARN procariótico carece de caperuza y de cola de poli- A y es policistrónico, contiene informaciones para proteínas distintas a diferencia del eucariótico que es monocistrónico. Transmite la información genética del ADN hasta el citoplasma para su traducción.

IMPORTANCIA

Los ácidos nucleicos son vitales para el funcionamiento de la célula, y por lo tanto para la vida. Hay dos tipos de ácidos nucleicos, ADN y ARN. Juntos, hacen un seguimiento de la información hereditaria de una célula de modo que pueda mantenerse, crecer, crear descendencia y realizar las funciones especializadas que se supone que debe hacer. Los ácidos nucleicos por lo tanto controlan la información que hace a todas las células y cada organismo, lo que son.

La importancia en la ciencia

Los ácidos nucleicos son la única forma que una célula tiene para almacenar la información en sus propios procesos y transmitirla a su descendencia. Cuando los ácidos nucleicos fueron descubiertos como portadores de información hereditaria, los científicos fueron capaces de explicar el mecanismo de Darwin, la teoría de Wallace de la evolución y la teoría de Mendel de la genética.

Importancia en las enfermedades

Entender cómo los genes son leídos por la célula y utilizarlos para crear las proteínas crea enormes oportunidades para entender la enfermedad. Las enfermedades genéticas se producen cuando se introducen errores en los genes que el ADN lleva; esos errores crean ARN defectuoso, que crea las proteínas defectuosas que no funcionan de la manera que se espera. El cáncer es causado por un daño en el ADN o la interferencia con los mecanismos para su replicación o reparación. Mediante la comprensión de los ácidos nucleicos y sus mecánismos de acción, podemos entender cómo las enfermedades se producen y, finalmente, cómo curarlas.

ALIMENTOS

 Una serie de diferentes opciones de pescado contiene ácidos nucleicos, enparticular de peces. De acuerdo con el Instituto de Investigación Gordon, sardinastienen los niveles más altos de ácidos nucleicos, que normalmente constituyen 1,5por ciento de la composición total de los peces. Además de las opciones de losanimales a base de pescado, también hay alimentos vegetales que contienenácidos nucleicos. Según AGM Foods, Chlorella, un alga unicelular, es uno deellos. Las algas son bien conocidos por sus altos niveles de ácidos grasos ypolisacáridos.

Nueces

 Las nueces son excelentes fuentes de proteínas y grasas no saturadas, que son buenos para la función cardíaca, la mayoría de las variedades también tienen altos niveles de ácidos nucleicos.

Verduras

 Las verduras son un alimento básico para una dieta saludable, comen puedenayudar a regular la presión arterial y los niveles de azúcar en la sangre, y puedeayudar a prevenir los accidentes cerebrovasculares, enfermedades del corazón,problemas digestivos, problemas de la vista y el cáncer, muchas verduras sonbuenas fuentes de ácidos nucleicos. Estos incluyen el brócoli, puerros, espinacas,coliflor, frijoles y soja.

Hongos

 Las setas son hongos comestibles que son conocidos por ser baja en colesterol,grasa, calorías y sodio, y para ser ricos en nutrientes, como la vitamina E y elselenio

Levadura

 De acuerdo con la Biblioteca Nacional de Medicina de EE.UU., y la autolisis de lalevadura hidrolizada, que las compañías de alimentos comúnmente añadido enplatos vegetarianos en el horno de microondas, dos fuentes fuertes de los ácidosnucleicos. También pueden ayudar a aumentar la producción del cuerpo de laspurinas, que son compuestos que se oxidan para formar ácido úrico

EJEMPLOS

ADN Ácidos desoxirribonucleicos. 

ARN Ácidos ribonucleicos. 

Los nucleótidos pueden estar formando parte de los ácidos nucleicos o libres. Si están libres pueden funcionar como: 

Energéticos : aportan energía (todos los que tienes fósforos) 

ATP adenosin trifosfato 

ADP adenosin difosfato 

AMP adenosin monofosfato 

GTP guanosin trifosfato 

Enzimáticos : FADH , NADPH , NADH , NAD 

ADN en los seres vivos: 

Virus 

El ADN virus puede ser monocatenario (1 cadena) o dicatenario (2 cadenas), los virus que contienen estos ADN son los menos peligrosos. 

El ARN virus puede ser monocatenario(1 cadena) o dicatenario(2cadenas).Los virus que contienen ARN dicatenario son los mas peligrosos, a parte que solo se ha encontrado el ARN dicatenario en virus ya que en el resto delas especies el ARN es monocatenario. 

Moneras: 

Las moneras pueden tener ADN monocatenario o dicatenario y el ARN que contiene es monocatenario. 

Animales: 

Los animales tienen el ADN dicatenario y el ARN monocatenario. 

Vegetales: 

El ADN dicatenario fue descubierto en 1953 por Watson, Crick y Wilkins. Ellos elaboraron un modelo que se corresponde a nuestro ADN. Las dos cadenas están desarrolladas en forma de doble hélice, las moléculas están creadas en forma de espiral. 

El modelo de ADN fabricado en 1953 explica 4 casos muy importantes. 

Herencia -> como se transmiten los caracteres entre los seres vivos y entender como es la herencia y la evolución. 

Mutación -> como se producen los cambios en el ADN. Las mutaciones son necesarias para la evolución. Cualquier cambio en el ADN es una mutación, se puede perder o ganar material genético o cambiar en el espacio. 

Replicación -> este fenómeno se basa en sacar una copia o duplicado del ADN, el modelo de ADN explica como se duplícale ADN. Hay un momento en el que las células tienen que dividirse para la herencia, y tiene que duplicar si ADN para la herencia a sus células hijas. 

Trascripción -> paso de la información genética del ADN hasta el ARNm (ARN mensajero) el cual lleva la información a los ribosomas. 

Traducción genética -> es el paso de información de ARNm Al ARNt (ARN transferente) ribosomas. 

ARN: 

Fosfato + Ribosa + Base nitrogenada. 

Las bases nitrogenadas que aparecen en el ARN son iguales al del ADN solo que la Timina se sustituye por el Uracilo. 

El ARN, normalmente puede aparecer en forma lineal, de una cadena corta, pero también aparece en forma de “hoja de trébol" o de “L invertida". Estas dos ultimas formas pertenecen normalmente al ARNt. 

FORMULAS QUÍMICAS 

Los ácidos nucleicos resultan de la polimerización de monómeros complejos denominados nucleótidos. Un nucleótido está formado por la unión de un grupo fosfato al carbono 5’ de una pentosa. A su vez la pentosa lleva unida al carbono 1’ una base nitrogenada.  - Estructura del nucleotido monofosfato de adenosina (AMP) Las bases nitrogenadas son moléculas cíclicas y en la composición de dichos anillos participa, además del carbono, el nitrógeno. Estos compuestos pueden estar formados por uno o dos anillos. Aquellas bases formadas por dos anillos se denominan bases púricas (derivadas de la purina). Dentro de este grupo encontramos: Adenina (A), y Guanina (G). Si poseen un solo ciclo, se denominan bases pirimidínicas (derivadas de la pirimidina), como por ejemplo la Timina (T), Citosina (C), Uracilo (U). Estos derivados de la purina y la pirimidina son las bases que se encuentran con mayor frecuencia en los ácidos nucleicos.

Nucleótidos de importancia biológica

ATP (adenosin trifosfato): Es el portador primario de energía de la célula. Esta molécula tiene un papel clave para el metabolismo de la energía. La mayoría de las reacciones metabólicas que requieren energía están acopladas a la hidrólisis de ATP.

 ATP (Adenosin trifosfato)

 Estructura del AMPC

Este nucleótido posee tres grupos fosfatos unidos entre sí. Estos grupos fosfatos dado el pH celular se encuentran desprotonados, de manera que poseen cargas negativas. Como estas cargas están muy cerca se repelen fuertemente. Para mantenerlos juntos, se establecen uniones de alta energía entre los fosfatos, por lo tanto, cuando la molécula se hidroliza la energía se libera. Del mismo modo para sintetizar una molécula de ATP se requiere energía.

AMP cíclico: Es una de las moléculas encargadas de transmitir una señal química que llega a la superficie celular al interior de la célula. segundo mensajero)

NAD⁺ y NADP⁺: (nicotinamida adenina dinucleótido y nicotinamida adenina dinucleótido fosfato). Son coenzimas que intervienen en las reacciones de oxido-reducción, son moléculas que transportan electrones y protones. Intervienen en procesos como la respiración y la fotosíntesis.

CUESTIONARIO

1.      ¿Qué son los ácidos nucleicos?

2.       ¿Cuál es la clasificación de los ácidos nucleicos?

3.      ¿Cómo se encuentran en el cuerpo?

4.      ¿Por qué son importantes?

5.      ¿En qué alimentos se encuentran?

6.      ¿Cuál es la importancia de estos en la ciencia?

7.      ¿Cuál es su intervención de estos en las enfermedades?

8.      ¿Cómo se relaciona con la química?

9.      ¿Las nueces contienen ácidos nucleicos?

10.  ¿Qué es esto “Fosfato + Ribosa + Base nitrogenada”?

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