Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas orgánicas fundamentales para la vida, responsables de almacenar y transmitir la información genética. Están formados por la unión de unidades más pequeñas llamadas nucleótidos.

Componentes Fundamentales

• Bases Nitrogenadas: Son compuestos cíclicos que, según su estructura, se clasifican en:
  • Pirimidinas: Formadas por un solo anillo hexagonal. Son la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U).
  • Purinas: Formadas por la fusión de un anillo pentagonal y uno hexagonal. Son la guanina (G) y la adenina (A).
• Grupo Fosfato: Proviene del ácido fosfórico (H₃PO₄) y confiere a la molécula su carácter ácido y su carga negativa.
• Azúcares (Pentosas): Son azúcares de cinco carbonos. Pueden ser de dos tipos:
  • Ribosa: Presente en el ARN.
  • Desoxirribosa: Presente en el ADN.

Estructuras Básicas

• Nucleósido: Es la unión de una base nitrogenada y un azúcar (pentosa).
• Nucleótido: Es la unidad básica de los ácidos nucleicos, formada por la unión de un nucleósido con una molécula de ácido fosfórico.
• Polinucleótido: Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos, es decir, largas cadenas formadas por miles de nucleótidos enlazados.

Ácido Desoxirribonucleico (ADN)

El ADN es el ácido nucleico que compone los cromosomas y contiene las instrucciones genéticas para el desarrollo y funcionamiento de los organismos. Las bases nitrogenadas que lo integran son la guanina, citosina, adenina y timina, y el azúcar presente es la desoxirribosa.

Estructuralmente, el ADN es una molécula de doble hélice formada por dos cadenas de nucleótidos. Estas dos cadenas son antiparalelas, es decir, corren en sentidos opuestos, y se mantienen unidas por puentes de hidrógeno entre sus bases nitrogenadas. Su función principal es almacenar la información genética a largo plazo.

Clasificación del ADN

Según su ubicación:

• ADN Nuclear: Se encuentra en los cromosomas, dentro del núcleo de la célula eucariota.
• ADN Extranuclear: Se localiza fuera del núcleo, específicamente en las mitocondrias y los cloroplastos.

Según su función:

• ADN Codificante: Comprende los genes que contienen la información para sintetizar proteínas.
• ADN No Codificante: Secuencias que no codifican para proteínas, pero tienen funciones cruciales como la regulación de la expresión génica o la síntesis de moléculas de ARN funcionales (por ejemplo, el ARN que compone los ribosomas).

Etapas del Empaquetamiento del ADN

Para que el largo filamento de ADN quepa en el núcleo celular, se compacta a través de un proceso de empaquetamiento en varias etapas:

1. Doble Hélice: La estructura fundamental del ADN.
2. Collar de Cuentas: La doble hélice se enrolla alrededor de proteínas llamadas histonas. Cada conjunto de ocho histonas con el ADN enrollado a su alrededor se denomina nucleosoma.
3. Solenoides o Superhélices: Los nucleosomas se enrollan sobre sí mismos formando una hélice más compacta o solenoide.
4. Bucles o Lazos de Dominio: Los solenoides se pliegan y forman lazos que se anclan a un andamio de proteínas.
5. Cromosomas: Durante la división celular, los bucles se enrollan y compactan al máximo para formar los cromosomas visibles.

Ácido Ribonucleico (ARN)

El ARN es una molécula, generalmente de cadena simple y más corta que el ADN. Está compuesta por las bases nitrogenadas adenina, uracilo, guanina y citosina, y el azúcar ribosa. A diferencia del ADN, el ARN participa directamente en la síntesis de proteínas y en la regulación génica.

Tipos de ARN según su función

• ARN Mensajero (ARNm): Copia la información de un gen en el ADN (proceso de transcripción) y la transporta desde el núcleo hasta los ribosomas en el citoplasma, donde sirve de molde para la síntesis de proteínas.
• ARN Ribosomal (ARNr): Se asocia con proteínas para formar los ribosomas, las estructuras celulares donde se ensamblan las proteínas.
• ARN de Transferencia (ARNt): Transporta los aminoácidos específicos hasta el ribosoma para que sean añadidos a la cadena proteica en crecimiento, siguiendo las instrucciones del ARNm. Su estructura tridimensional se asemeja a una hoja de trébol.

Duplicación del ADN

La duplicación o replicación del ADN es el proceso por el cual se genera una copia idéntica de una molécula de ADN. Se propusieron tres hipótesis principales para explicar este mecanismo:

Hipótesis sobre la Duplicación

• Hipótesis Conservativa: Planteaba que la molécula de ADN original servía como molde para una molécula completamente nueva, de forma que al final del proceso coexistían la molécula original intacta y una molécula nueva.
• Hipótesis Semiconservativa: Sostenía que las dos cadenas de la molécula original se separaban y cada una servía como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria. Así, cada nueva molécula de ADN estaría formada por una cadena original y una cadena nueva. (Esta es la hipótesis aceptada actualmente).
• Hipótesis Dispersante o Distributiva: Proponía que las cadenas originales se rompían en fragmentos que se mezclaban con los nuevos fragmentos sintetizados para formar las dos nuevas moléculas de ADN.

Proceso de Duplicación Semiconservativa

Para que la duplicación comience, la doble hélice debe desenrollarse. Dada su gran longitud, este proceso no ocurre de una sola vez, sino que la hélice se abre en múltiples puntos de origen, creando burbujas de replicación. Este complejo proceso requiere la acción coordinada de varias enzimas especializadas:

Enzimas Clave en la Replicación del ADN

• Helicasa: Se encarga de romper los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas para abrir la doble hélice.
• Proteínas SSB (Single-Strand Binding): Se unen a las cadenas separadas para evitar que vuelvan a unirse, manteniéndolas estables.
• Topoisomerasa: Libera la tensión generada por el superenrollamiento en los extremos de la horquilla de replicación.
• Primasa (ARN Polimerasa): Sintetiza un pequeño fragmento de ARN llamado cebador o primer, que proporciona un punto de inicio para la síntesis de ADN.
• ADN Polimerasa III: Es la principal enzima de síntesis. Añade nucleótidos de ADN complementarios a la cadena molde.
• ADN Polimerasa I: Elimina los cebadores de ARN y los reemplaza con nucleótidos de ADN.
• Ligasa: Une los fragmentos de ADN (especialmente los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada) para formar una cadena continua y completa.