Ácidos nucleicos

Un nucleótido está compuesto por:

1. Una pentosa: Es un glúcido de cinco átomos de carbono. Dependiendo del tipo de ácido nucleico, encontramos:
   • Ribosa: Presente en el ARN (Ácido Ribonucleico).
   • Desoxirribosa: Presente en el ADN (Ácido Desoxirribonucleico), que carece de un grupo hidroxilo (-OH) en el carbono 2'.
2. Una base nitrogenada: Moléculas cíclicas que contienen nitrógeno. Se dividen en dos grupos:
   • Púricas (Puras): Derivan de la purina y tienen dos anillos. Son la Adenina (A) y la Guanina (G).
   • Pirimidínicas: Derivan de la pirimidina y tienen un solo anillo. Son la Citosina (C), la Timina (T) (exclusiva del ADN) y el Uracilo (U) (exclusivo del ARN).
3. Un grupo fosfato: Ácido fosfórico ($H_3PO_4$), que se une al carbono 5' de la pentosa mediante un enlace éster fosfórico.

La construcción de un nucleótido ocurre en etapas:

• Nucleósido: Es la unión de la pentosa y la base nitrogenada mediante un enlace N-glucosídico. Este enlace se establece entre el carbono 1' de la pentosa y el nitrógeno 1 de las bases pirimidínicas o el nitrógeno 9 de las bases púricas. Se libera una molécula de agua en el proceso.
• Nucleótido: Se forma cuando el nucleósido se une a un grupo fosfato en el carbono 5' de la pentosa.

Nomenclatura:

• Si la base es Adenina y el azúcar es ribosa, el nucleósido es la Adenosina. Al añadir un fosfato, se llama Adenosín-5'-monofosfato (AMP).
• Si el azúcar es desoxirribosa, se antepone el prefijo "desoxi-", por ejemplo: Desoxiadenosina y dAMP.

No todos los nucleótidos forman parte de los ácidos nucleicos; algunos tienen funciones independientes cruciales:

• Transportadores de energía: El ATP (Adenosín trifosfato) es la "moneda energética" universal de la célula. Al hidrolizarse en ADP + Pi, libera la energía necesaria para las reacciones químicas.
• Mensajeros químicos: El AMP cíclico (AMPc) actúa como segundo mensajero en la transducción de señales celulares, transmitiendo órdenes de hormonas desde la membrana al interior celular.
• Coenzimas: Moléculas que auxilian a las enzimas en procesos metabólicos. Ejemplos clave son el NAD+, el FAD (implicados en reacciones redox) y la Coenzima A (esencial en el metabolismo de ácidos grasos y el ciclo de Krebs).

La estructura primaria es la secuencia de nucleótidos unidos por enlaces covalentes.

• Enlace fosfodiéster: Se establece entre el grupo fosfato del carbono 5' de un nucleótido y el grupo hidroxilo (-OH) del carbono 3' del siguiente.
• Polaridad: La cadena tiene una dirección clara. Un extremo presenta el fosfato libre en el carbono 5' (extremo 5') y el otro el grupo -OH libre en el carbono 3' (extremo 3'). Por convención, las secuencias se leen en dirección 5' → 3'.

En 1953, Watson y Crick propusieron el modelo de la doble hélice, basado en las fotografías de difracción de rayos X de Rosalind Franklin. Sus características son:

1. Bicatenaria: Formada por dos cadenas de polinucleótidos.
2. Antiparalela: Una cadena va en sentido 5' → 3' y la otra en 3' → 5'.
3. Complementaria: Las bases nitrogenadas se enfrentan hacia el interior. Según las Reglas de Chargaff, el número de purinas es igual al de pirimidinas ($A+G = T+C$).
   • A se une con T mediante 2 puentes de hidrógeno.
   • G se une con C mediante 3 puentes de hidrógeno (esta unión es más estable).

El ADN celular es extremadamente largo (cerca de 2 metros en humanos) y debe compactarse para caber en el núcleo:

1. Nucleosoma: La "cuenta de un collar". El ADN se enrolla alrededor de un octámero de proteínas llamadas histonas.
2. Fibra de 30 nm (Solenoide): Los nucleosomas se enrollan sobre sí mismos formando una estructura helicoidal más densa.
3. Bucles y Cromosomas: La fibra sigue plegándose sobre proteínas no histónicas hasta formar la cromatina. Durante la división celular, esta se condensa al máximo formando los cromosomas.

Si se calienta una disolución de ADN (aprox. 90-100°C), los puentes de hidrógeno se rompen y las cadenas se separan; esto es la desnaturalización.

• Temperatura de fusión (Tm): Es la temperatura a la cual el 50% del ADN está desnaturalizado. Cuanto mayor sea el contenido de G-C (3 puentes de H), mayor será la Tm.
• Hibridación: Si el ADN se enfría lentamente, las cadenas complementarias pueden volver a unirse (renaturalización). Esto permite crear híbridos ADN-ADN o ADN-ARN en laboratorio.

Aunque es monocatenario, el ARN puede formar estructuras tridimensionales complejas al plegarse sobre sí mismo mediante emparejamientos intracatenarios.

1. ARN mensajero (ARNm): Copia la información del ADN y la lleva a los ribosomas. Su estructura es lineal y contiene codones (tripletes de bases).
2. ARN transferente (ARNt): Transporta los aminoácidos específicos hasta el ribosoma. Tiene forma de "hoja de trébol". Posee un anticodón (complementario al codón del ARNm) y un extremo 3' donde se une el aminoácido.
3. ARN ribosómico (ARNr): Es el más abundante. Junto con proteínas, constituye los ribosomas. Algunos tienen capacidad catalítica, denominándose ribozimas.

En eucariotas, el ARN recién sintetizado (transcrito primario) no es funcional y debe madurar:

• ARN nucleolar (ARNn): Se encuentra en el nucléolo y es el precursor de los ARNr.
• Splicing (Corte y empalme): Proceso mediante el cual se eliminan los intrones (secuencias no codificantes) y se unen los exones (secuencias codificantes) para formar un ARNm maduro.
• ARN pequeño nuclear (snRNA): Se asocia a proteínas para formar complejos que dirigen el proceso de splicing en el núcleo.

• Carácter ácido: Debido a los grupos fosfato, los ácidos nucleicos tienen carga neta negativa a pH celular. Esto permite que se unan a proteínas básicas como las histonas.
• Solubilidad: Son solubles en agua (disoluciones coloidales) e insolubles en alcoholes, lo que se aprovecha para su precipitación en el laboratorio.
• Viscosidad: El ADN es muy viscoso debido a su gran longitud y rigidez, pero la viscosidad disminuye drásticamente al desnaturalizarse.

Las bases nitrogenadas absorben luz en el espectro ultravioleta, con un máximo de absorción a 260 nm.

• Efecto hipercrómico: El ADN desnaturalizado (cadena sencilla) absorbe más luz UV que el ADN nativo (doble cadena). Esta propiedad se usa para medir la concentración de ADN y monitorizar su desnaturalización.

1. Electroforesis en gel: Permite separar fragmentos de ADN según su tamaño. Al aplicar un campo eléctrico, el ADN (negativo) migra hacia el polo positivo (ánodo). Los fragmentos más pequeños se mueven más rápido a través de los poros del gel.
2. Centrifugación en gradiente de densidad: Utiliza cloruro de cesio (CsCl) para separar moléculas según su densidad boyante. Fue fundamental para demostrar la replicación semiconservativa del ADN (Experimento de Meselson y Stahl).
3. Secuenciación: Técnicas (como el método de Sanger) que permiten determinar el orden exacto de los nucleótidos en una molécula de ADN, base de la genómica moderna.