Ácido+nucleico

Acidos Nucleicos: ¿Que son?
Los ácidos nucleicos son macromoléculas complejas de suma importancia biológica, ya que todos los organismos vivos contienen ácidos nucleicos en forma de ácido desoxirribonucleico (ADN) y ribonucleico (ARN). Sin embargo; algunos virus sólo contienen ARN, mientras que otros sólo poseen ADN.

¿Son importantes para los seres vivos?
Sin duda alguna, los ácidos nucleicos son las sustancias fundamentales de los seres vivos, y se cree que aparecieron hace unos 3.000 millones de años, cuando surgieron en la Tierra las formas de vida más elementales. Y los investigadores han aceptado que el origen del código genético que portan estas moléculas es muy cercano al tiempo del origen de vida en la Tierra. Por ello, es que gracias al arduo trabajo realizado por los científicos, han conseguido descifrarlo, es decir, determinar la forma en que la secuencia de los ácidos nucleicos dicta la estructura de las proteínas. Determinando así que, tanto la molécula de ARN como la molécula de ADN tienen una estructura de forma helicoidal. Y que la secuencia de estas moléculas a lo largo de la cadena determina el código de cada ácido nucleico particular. A su vez, este código indica a la célula cómo reproducir un duplicado de sí misma o las proteínas que necesita para su supervivencia.

¿Como estan formados?
Los ácidos nucleicos están formados por un azúcar (pentosa), bases nitrogenadas (purinas o pirimidinas) y ácido fosfórico. La hidrólisis completa de ADN ( o ARN) da: Pirimidinas: Citosina y Timina (Uracilo) Una molécula de ácido nucleico es un polímero lineal en el cual los monómeros (nucleótidos) están unidos por medio de puentes o uniones fosfodiéster. Estos puentes unen el carbono 3´ en la pentosa de un nucleótido al carbono 5´ en la pentosa del nucleótido adyacente.
 * Pentosa -desoxirribosa (ribosa).
 * Bases Nitrogenadas: Purinas : Adenina y Guanina.
 * Ácido Fosfórico H3PO4

En consecuencia, el eje de ácido nucleico está formado por fosfatos y pentosas alternados. Las bases nitrogenadas están unidas a los azúcares de este eje. El ácido fosfórico utiliza dos de sus tres grupos ácidos en las uniones 3´, 5´- diéster. El grupo restante confiere al poli nucleótido sus propiedades ácidas y permite que la molécula forme uniones iónicas con proteínas básicas. Éste grupo ácido libre hace también que los ácidos nucleicos sean intensamente basófilos, es decir, que se colorean fácilmente con colorantes básicos.

Una hidrólisis moderada fragmenta el ácido nucleico en los nucleótidos que se forman por la unión covalente de un fosfato y una base heterocíclica a la pentosa.

Las pentosas son de dos tipos: Ribosa en el ARN, y desoxirribosa en el ADN. La única diferencia entre estos dos azúcares es que la desoxirribosa tiene un átomo menos de oxígeno.

Las bases nitrogenadas que se encuentran en los ácidos nucleicos son anillos heterocíclicos compuestos además de carbono e hidrógeno por nitrógeno. Son de dos tipos fundamentales: las bases Purinas (por ser derivadas de la purina, de dos anillos heterocíclicos) y las bases Pirimidinas (por ser derivadas de la pirimidina de un solo anillo).

Dichas bases son cinco, pero en realidad solamente cuatro aparecen en el ADN. Las bases purinas presentes son: la adenina y guanina. Y las bases pirimidinas son: la citosina y la timina (el uracilo es característico del ARN).

Sin embargo, es útil recordar que existen dos diferencias fundamentales entre el ADN y ARN: el ADN tiene una desoxirribosa y el ARN una ribosa. También el ADN contiene timina y el ARN uracilo. La diferencia de las bases pirimidicas hizo posible que los investigadores en biología celular usaran timidina radiactiva como marcador específico del ADN, y uridina radiactiva para el ARN.

Dichas bases se hallan unidas a un monosacárido simple, la desoxirribosa (una pentosa que se diferencia de la ribosa por la ausencia de un grupo oxidrilo). Se une a la base por medio de su carbono 1 (el primero del ciclo), correlacionándose con una de las moléculas de Nitrógeno de la base. La unión del azúcar y la base forma lo que denominamos nucleósido (Ej: Desoxiadenosína,).

A la pentosa y por medio de su carbono 5 (el último del ciclo) se une un grupo fosfato, por enlace covalente constituyendo el nucleótido, junto al azúcar y la base.

¿Cuantos tipos de acidos nucleicos exiten?
__Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ARN y el ADN__ //Ácido desoxirribonucleico o ADN:// fue descubierto por el químico suizo Friedrick Miescher en 1868. Sin embargo, esta macromolécula no logró identificarse químicamente hasta muchos años más tarde, en la década del 50. Hoy sabemos que el ADN está formado por la unión de muchos desoxirribonucleótidos, cuya secuencia actúa como un alfabeto molecular almacenando toda la información genética del individuo.

En las células procariontes hay una sola molécula de ADN, que suele adoptar la forma de un circulo cerrado. En las células eucariontes, en cambio, hay varias moléculas diferentes, con una longitud mucho mayor que la del ADN procariótico. Por esta razón, el ADN eucariótico se organiza de una manera más compleja, para que pueda ser contenido en el interior del núcleo celular. Durante mucho tiempo se hicieron investigaciones para entender cómo estaba estructurado el esqueleto de la molécula de ADN: aunque se conocía la composición química de sus unidades básicas, no se comprendía cómo se organizaban en esta importante macromolécula. Estudios bioquímicos mostraron que los nucleótidos se unían a través de un enlace llamado fosfodiester. En este enlace participa un grupo OH (hidroxilo) del carbono número tres de la desoxirribosa, con el hidroxilo del carbono cinco de la desoxirribosa del nucleótido siguiente, actuando el fosfato como puente entre ellas.

Sin embargo, solo en 1953 se logró conocer el modelo del ADN. Ese año, James Watson y Francis Crick, dedujeron la estructura tridimensional de la molécula de ADN conocida como ADN-B.

La investigación con respecto a la estructura del ADN continuó, gracias al trabajo de numerosos investigadores, entre los que destaca Richard Dickerson, quien demostró que el ADN es una molécula dinámica, que puede adoptar diversas formas. Así, se reconoció la existencia de otras dos ordenaciones tridimensionales, conocidas como ADN-A y ADN-Z las cuales tienen algunas diferencias con el ADN-B son más anchas y al forma Z más angosta que la B. Finalmente el ADN-Z se enrolla hacia la izquierda, mientras que las formas A y B lo hacen hacia la derecha.

El ADN es por lo común el constituyente básico de la cromatina (cromosoma) nuclear en las células eucariónticas, pero también existe en pequeña cantidad en las mitocondrias y cloroplastos. En los procariontes forma el nucloide (que a diferencia de los eucariontes no va asociado a proteínas, es desnudo) y en los virus (DNA virus) que lo poseen constituyen el virión o elemento infestante.

Por lo común su estructura tridimensional posee giro hacia la derecha (ß-ADN,dextrogiro) que es la forma más estable y ocasionalmente posee giro ha la izquierda (z-ADN,levógiro) Acorde a las evidencias, sólo una pequeña parte del ADN constituye genes (menos del 10 %). Existen diferentes tipos que los podemos dividir en: -ADN de copia única (el 57 % del total) formados por segmentos de aproximadamente 1000 pares de nucleótidos longitud, una pequeña parte de este ADN contiene los genes. -ADN repetitivo (20 %) son unidades de aproximadamente 300 pares de nucleótidos que se repiten en el genoma unas 105 veces(Unidades de repetición). Se intercalan con el ADN de copia única. -ADN satélite (altamente repetitivo: 28 %)son unidades cortas de pares de nucleótidos que se repiten en el genomio. Son característicos en cada especie y pueden ser separados por centrifugación. Constituyen la heterocromatina y no se le conoce función. Los porcentajes indicados son del hombre y el ratón, y las proporciones serían las mismas en otras especies. //Ácido ribonucleico o ARN:// esta macromolécula representa alrededor del 7% del peso de una célula. Esta constituida por largas cadenas de ribonucleotidos, unidos por enlaces fosfodiester.

El ADN y el ARN tienen diferencias. Por ejemplo, la pentosa del ARN es la ribosa; en el ADN es la desoxirribosa. Este hecho determina que el ADN sea resistente al tratamiento con bases fuertes (álcalis), a diferencia del ARN que se degrada por la acción de estas sustancias. Otra diferencia es que el ARN es una monohebra y no una cadena doble, como ocurre en el ADN. Finalmente, el ADN incluye las bases nitrogenada A,G,C y T; en el ARN, en cambio, la timina es remplazada por el uracilo.

¿Cuantos tipos de ARN exiten?
__Hay al menos tres tipos de ARN:__

Estructura de los Pares de Bases[[image:http://www.dicat.csic.es/images/press_lowres.jpg width="400" height="319" align="right"]]
El dimensiones de la hélice, independientemente de la especie, son las siguientes: **diámetro 20 Angstrom** y la **longitud del paso 34 Angstrom** el cual está constituido por 10 residuos de nucleótidos. El tamaño de la molécula de ADN de doble hélice se expresa en miles de bases o kb. **La longitud de 1kb es entonces 0.34 micras.** **Una molécula de ADN de un milímetro de longitud estará formado de 3 mil kb o sea tres millones de bases.** Así pues la molécula de **ADN es un largo filamento de 20 Angstrom de diámetro cuya longitud depende del número de kb**, el cual a su vez depende de la especie. El rango de tamaño va desde **2 micras (5 kb) en el virus SV40**, hasta **casi un metro (3 x 106 kb) en cromosomas humanos. El genoma de //E. coli//**, no tiene extremos, o sea **forma un círculo, y el perímetro tiene una longitud de 1.4 mm (4000kb)**. El genoma de los animales superiores no forma círculos, es una estructura lineal abierta.

Estructura de la Doble Hélice
En los cromosomas estas moléculas se arreglan en estructuras más compactas en las que la doble hélice se enrolla sobre sí misma. En el caso de las bacterias, la molécula de ADN de más de un milímetro de longitud se arregla dentro de la bacteria que sólo tiene una longitud de una micra (o sea es una longitud mil veces menor).

**El ARN es un filamento de una sola cadena, no forma doble hélice.** La presencia de un oxígeno en la posición 2' de la ribosa impide que se forme la doble cadena de la manera en que se forma en el ADN. El filamento de ARN se puede enrollar sobre sí mismo mediante la formación de pares de bases en algunas secciones de la molécula.

Existen varios tipos de ARN cada uno con función distinta. Los que forman parte de las subunidades de los ribosomas se les denomina **ARN ribosomal (rARN)**, los ARN que tienen la función de transportar los aminoácidos activados, desde el citosol hasta el lugar de síntesis de proteínas en los ribosomas; se les conoce por **ARN de transferencia (tARN)** y los ARN que son portadores de la información genética y la transportan del genoma (molécula de ADN en el cromosoma) a los ribosomas son llamados **ARN mensajero (mARN).** El tamaño de las moléculas de ARN es mucho menor que las del ADN. En el caso de //E. coli// va de menos de 100 nucleótidos en los tARN hasta casi 4000 (4kb) en rARN. **Información genética**. La estructura de la doble hélice para el ADN fue originalmente propuesta por Watson y Crick (WyC) en 1953, postulando que **la secuencia en la cual se encuentran las bases a lo largo de la molécula de ADN es lo que contiene la información genética.** No existe ningún impedimento estérico que limite la secuencia de bases, cualquier base puede seguir a cualquier otra. //Transmisión//.- Con estas bases, WyC propusieron el mecanismo de duplicación del ADN por medio del cual, las dos células hijas provenientes de una división celular contienen copias idénticas del ADN presente en la célula que se dividió. **A la duplicación del ADN se le conoce con el nombre de replicación.**

Durante la replicación, las dos cadenas se van separando y cada una de ellas sirve de patrón para la síntesis de su cadena complementaria. Las bases se van agregando una a una y la selección de cuál base entra en un sitio específico de la cadena en formación, queda determinada por la base en la cadena patrón con la que se va a aparear.

**Donde hay una A en la cadena patrón, se inserta una T en la cadena en proceso de formación y, donde hay una T se inserta una A, y lo mismo sucede con el apareamiento de G y C. La nueva cadena tiene una secuencia de bases complementaria a la cadena original.** El modelo de duplicación del ADN se dice que es **semi-conservado**, porque **la mitad del ADN de un cromosoma, una cadena completa, proviene de la célula paterna y la otra mitad, la otra cadena, se sintetiza durante el proceso de replicación.**

Este es el mecanismo propuesto por Watson y Crick para explicar la transmisión de la información genética de una generación a otra.

**La formación de las uniones fosfodiester está catalizada por la ADN polimerasa**. La ADN polimerasa no formará la unión fosfodiester, a menos que la base que está entrando a la molécula, sea complementaria a la base existente en la cadena patrón. **La frecuencia con la que se inserta una base equivocada es menor a 1 en 100 millones.**

//Flujo//. **El apareamiento de bases es también el mecanismo para enviar la información genética desde el núcleo hasta los ribosomas y dirigir la síntesis de proteínas**. En este caso una porción de **una de las cadenas del ADN sirve de patrón para la síntesis de ARN y la secuencia de bases en el ARN es complementaria a la que se presenta en la porción de la cadena que se está copiando.**

Al ARN que se sintetiza en esta forma se le denomina ARN mensajero o mARN. **La síntesis del ARN es catalizada por la ARN polimerasa**, que al igual que la ADN polimerasa es una enzima patrón-dependiente.

**El mARN se une, en el citoplasma, a las dos subunidades ribosomales, constituyendo el ribosoma activo, que es la estructura celular responsable de la síntesis de proteínas**. Es en este organelo donde el **mARN especifica la secuencia en que deben de insertarse los aminoácidos en la síntesis de polipéptidos. Ésta es la forma en que la información contenida en los cromosomas se traduce en la especificación de la estructura primaria de las proteínas.** Como ya se mencionó, la estructura primaria determina la estructura tridimensional de la proteína, la que a su vez determina su funcionalidad.

Mecanismo de replicación, transcripción y traducción
<span style="font-family: Georgia,Times New Roman,Times,serif;">La porción de ADN que contiene la información para codificar una proteína determinada se le da el nombre de **gene** y normalmente recibe el mismo nombre de la proteína que codifica, usando casi siempre, una abreviación de tres letras. A la porción de ADN que codifica un conjunto de proteínas que entran en un paso del metabolismo se le llama **operón**. Por ejemplo; al conjunto de genes que intervienen en la codificación de las proteínas que intervienen en la utilización de lactosa se les llama **lac operón**. <span style="font-family: Georgia,Times New Roman,Times,serif;">El lenguaje utilizado para describir el proceso de dirección de la síntesis de proteínas por los genes del cromosoma refleja la interpretación de que se trata de un flujo de información.

<span style="display: block; font-family: Georgia,'Times New Roman',Times,serif; text-align: center;">**El Código Genético** Phe Leu Leu || Ser Ser Ser Ser || Tyr Tyr Cys Trp || **U** Leu Leu Leu || Pro Pro Pro Pro || His His Gln Gln || Arg Arg Arg Arg || **U** Ile Ile Met Thr Thr Thr || Asn Asn Lys Lys || Ser Ser Arg Arg || **U** Val Val Val || Ala Ala Ala Ala || Asp Asp Glu Glu || Gly Gly Gly Gly || **U** Posición (5'-) |||||||| Segunda Posición || Tercera Posición (3'-) ||
 * || **U** || **C** || **A** || **G** ||  ||
 * **U** || Phe
 * Alto**
 * Alto** || Cys
 * Alto**
 * C**
 * A**
 * G** ||
 * **C** || Leu
 * C**
 * A**
 * G** ||
 * **A** || Ile
 * (Inicio)** || Thr
 * C**
 * A**
 * G** ||
 * **G** || Val
 * C**
 * A**
 * G** ||
 * Primera

<span style="font-family: Georgia,Times New Roman,Times,serif;">El mensaje que está contenido en el genoma se encuentra escrito en un lenguaje de 4 letras (las cuatro bases), el cual se transcribe usando el mismo lenguaje, al sintetizar el mARN. La síntesis de proteínas se le denomina traducción porque ahora se pasa del lenguaje de 4 letras a otro con 20 letras (los 20 aminoácidos). Para pasar de un lenguaje a otro se necesita un código para hacer la traducción y se le denomina código genético.

<span style="font-family: Georgia,Times New Roman,Times,serif;">Las equivalencias entre los dos lenguajes se presentaron en la tabla anterior. Tres bases contiguas **(un triplete) codifican un aminoácido**, así como también para la **puntuación del mensaje**. Se determinó qué tripletes codifican cada aminoácido y qué tripletes indican el inicio y la terminación del mensaje. Al triplete se le dio el nombre de **codón**. Se encontró que algunos aminoácidos podían ser codificados por más de un codón, o sea hay codones que son sinónimos. Por esta razón se dijo que **el código genético es degenerado.**

<span style="font-family: Georgia,Times New Roman,Times,serif;">//Modificaciones//. Al estudio de las bases moleculares de la herencia se le conoce como **genética molecular** o **biología molecular** y a las modificaciones artificiales del ADN con el fin de cambiar el mensaje genético que contiene se le conoce como **ingeniería genética**.

<span style="font-family: Georgia,Times New Roman,Times,serif;">Se pueden agregar porciones de ADN que contienen genes que no están presentes en el cromosoma incrementando el número de genes de la célula, o bien se pueden inducir cambios que eliminen genes activos presentes en la célula haciendo en este caso que la célula pierda cierta capacidad genética. <span style="font-family: Georgia,Times New Roman,Times,serif;">Cuando se modifica la molécula de ADN de un organismo agregándole porciones de ADN provenientes de otro organismo se dice que se hizo una **recombinación** del ADN y al resultado se le llama **ADN recombinante**. Esta técnica se usa para producir organismos capaces de hacer funciones que el organismo original no tenía. Por ejemplo se puede introducir en una bacteria el gene de la insulina humana y la bacteria adquirirá la capacidad de sintetizar ese polipéptido.

Mutaciones del ADN
**Mutaciones del ADN**. **polipéptido Cadena** **superior** || TTA GCC CTC || Asn Arg Val || (GC:TA) || AAT CCG //**T**//AG TTA GCC //**A**//TC || Asn Arg **(fin)** || TTA GCC //**T**//TC || Asn Arg **Lis** ||
 * **Tipo de mutación** || **Secuencia del ADN** || **Secuencia del**
 * Ninguna || AAT CGG GAG
 * Transversión
 * Transición GC:AT || AAT ACC //**A**//AG
 * Incerción, cambio de marco

Produce la sig. secuencia || A//**X**//A TCG GGA T T AGC CCT

A**//T//**A TCG CCT T**//A//**T AGC CCT || **Ileu Ser Gli** ||

<span style="font-family: Georgia,Times New Roman,Times,serif;">En párrafos anteriores se mencionó que la replicación del ADN se hace con gran fidelidad, con una frecuencia de errores del orden de 10-8, sin embargo, sí ocurren errores.

<span style="font-family: Georgia,Times New Roman,Times,serif;">Si se substituye una purina por otra, o una pirimidina por otra, al cambio se le llama **transición**; si se substituye una purina por una pirimidina al cambio se le llama **transversión**; si se agrega o elimina una base entonces se produce lo que se llama un **cambio de marco**. En este último caso, se lee en forma errónea todo el mensaje que sigue al punto de cambio. En algunas ocasiones, cuando se modifica una de las bases y la ADN polimerasa no la identifica, entonces introduce una A y el cambio final será la introducción de una T en la cadena patrónLa célula tiene mecanismos para eliminar los errores o cambios que ocurren en el ADN, bien sea durante la síntesis o cuando ya está formado. Si la célula no repara los cambios y entra en el proceso de duplicación con el ADN modificado, el cambio se fija y se vuelve permanente. El gene modificado puede ahora codificar una proteína diferente, y si este es el caso, se dice que tuvo lugar una **mutación**. En la Tabla 1.1.1.B se presenta el efecto de los cambios en el ADN sobre la estructura primaria del polipéptido que codifica.

Mutágenos y su Efecto sobre el ADN
(nitrosourea,nitrosoguanidina) || Se une covalentemente y forma sitios apurínicos || Transición y transversión || (ácido nitroso) || Adenina-hipoxantina y citosina-uracilo || Transición || (2-aminopurina) || Substitución durante la replicación del ADN || Transición || (antridinas, antraciclinas) || Inserción o eliminación de pares de bases || Cambio de cuadro || (radiaciones ionisantes) || Translocación cromosomal || Cambio de una o más bases ||
 * **Mutágeno** || **Mecanismo** || **Resultado en el ADN** ||
 * Agentes alquilantes
 * Agentes desaminantes
 * Base análoga
 * Agente intercalante
 * Fraccionadores de las cadenas

<span style="font-family: Georgia,Times New Roman,Times,serif;">Si la substitución, inserción o eliminación de una base tuvo lugar en alguna parte del ADN que codifica una proteína, entonces puede cambiar un codón y dar lugar a una modificación que produzca la introducción de un aminoácido diferente o se codifique por terminación de la cadena peptídica. <span style="font-family: Georgia,Times New Roman,Times,serif;">Las mutaciones se clasifican de acuerdo al efecto que tienen sobre el producto del gene modificado. Se dice que la mutación es: 1) **sin sentido**, si el producto es inactivo o incompleto, 2) **de pérdida del sentido**, si el producto es defectuoso y 3) **silenciosa**, si no se altera ni la función ni la cantidad del producto activo.