Ácidos Nucleicos: ADN y ARN

Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son polímeros formados por la unión de subunidades llamadas nucleótidos. Los nucleótidos se forman por la esterificación de la pentosa de un nucleósido con ácido fosfórico mediante un enlace fosfodiéster.

ADN: Estructura y Empaquetamiento

El ADN es el portador de la información genética, que será transmitida de generación en generación. Es un polímero lineal formado por nucleótidos, cuya pentosa es la desoxirribosa y cuyas bases nitrogenadas son: adenina, guanina, citosina y timina. El ADN se presenta típicamente como una doble hélice, formada por dos cadenas de desoxirribonucleótidos unidas entre sí por puentes de hidrógeno entre las bases complementarias y por enlaces fosfodiéster a lo largo de cada cadena.

Niveles de Condensación del ADN

• Empaquetamiento en Células Procariotas

  En bacterias, el ADN es una doble hélice circular. Dicho ADN está asociado a un pequeño número de proteínas que mantienen su estructura y empaquetamiento en la región del nucleoide.

• Empaquetamiento en Células Eucariotas

  En células eucariotas, el ADN forma fibras. El ADN, con carga negativa, se asocia a histonas y forma la estructura denominada nucleosoma. En preparaciones de la cromatina, esto da lugar a una forma más condensada, denominada solenoide. La fibra de 30 nm se pliega en forma de grandes bucles, formando rosetones y espirales de rosetones.

Desnaturalización del ADN

La desnaturalización del ADN consiste en la pérdida de su estructura en doble hélice. Se produce por cambios de temperatura y por cambios de pH.

ARN: Estructura y Funciones

El ARN es un polímero formado por nucleótidos cuya pentosa es la ribosa y cuyas bases nitrogenadas son: adenina, guanina, citosina y uracilo. Son monocatenarios, con una estructura primaria de una sola cadena, y pueden formar horquillas o bucles al espiralizarse sobre sí mismos, dando lugar a estructuras secundarias que pueden recordar a la doble hélice del ADN en ciertas regiones.

Su función principal es copiar la información genética del ADN. Los ARN se forman utilizando una cadena de ADN como molde. En virus que carecen de ADN, el ARN asume las funciones de almacenamiento y transmisión de la información genética.

Tipos de ARN

• ARN mensajero (ARNm): Tiene una estructura lineal. Se sintetiza en el núcleo de la célula y se encarga de copiar la información genética del ADN para llevarla a los ribosomas.
• ARN transferente (ARNt): Actúa como portador de los aminoácidos específicos hasta los ribosomas. Este tiene una estructura tridimensional en forma de ‘L’. Algunas zonas tienen doble hélice y otras bucles. Su estructura presenta cuatro brazos: brazo aceptor, brazo T, brazo D y brazo del anticodón.
• ARN ribosómico (ARNr): Contiene las cuatro bases nitrogenadas principales y algunas metiladas. Presenta zonas con estructura de doble hélice y es un componente fundamental de los ribosomas.
• ARN nucleolar (ARNn): Está unido a diferentes proteínas y se origina a partir de segmentos de ADN que se fragmentan y dan lugar a los diferentes tipos de ARNr.

La Membrana Celular: Modelo del Mosaico Fluido

El Modelo del Mosaico Fluido describe la membrana celular como asimétrica, con diferencias en la distribución de los componentes entre sus dos caras. La bicapa lipídica se comporta como un fluido dinámico en el que los lípidos y las proteínas pueden moverse en direcciones laterales y rotar sobre su eje mayor. Los fosfolípidos también pueden pasar de una monocapa a la otra (movimiento flip-flop), aunque este es menos frecuente. Los lípidos, los hidratos de carbono y las proteínas integrales están dispuestos en forma de mosaico. Los glucolípidos y las glucoproteínas están expuestos en la superficie extracelular.

Asimetría de la Membrana

Como plantea el modelo de mosaico fluido, la membrana es asimétrica, existiendo diferencias entre sus dos caras:

• La cara extracelular está cubierta por los azúcares del glucocálix.
• La cara intracelular no tiene glucocálix, sino una red de proteínas fibrosas que se unen a sus proteínas y refuerzan la membrana. Esta red se denomina córtex celular o citoesqueleto, y determina la forma de la célula y las propiedades mecánicas de la membrana.

Fluidez de la Membrana

El movimiento de los lípidos y las proteínas por difusión lateral es lo que determina en mayor medida la fluidez de la membrana, una propiedad que varía entre diferentes membranas y está afectada por los siguientes factores:

• Longitud de las cadenas hidrocarbonadas: Cuanto menor es la longitud de las cadenas, más débiles son las interacciones, aumentando la fluidez.
• Presencia de insaturaciones: Las curvaturas de las colas hidrocarbonadas insaturadas hacen que las moléculas se dispongan menos apretadas, lo que aumenta su capacidad para moverse y, por ende, la fluidez.
• Proporción de colesterol: El colesterol se sitúa en la bicapa lipídica con su grupo polar junto a las cabezas de los fosfolípidos, modulando la fluidez.
• Temperatura: Si baja la temperatura, disminuye la fluidez.

Funciones de la Membrana Celular

• Mantener estable el medio intracelular, regulando el intercambio de moléculas esenciales para la vida de la célula.
• El reconocimiento celular y la adhesión a otras células.
• El reconocimiento de información del medio extracelular y su transmisión al medio intracelular.

Componentes Clave de la Membrana Celular

Bicapa Lipídica:

Actúa como una barrera altamente selectiva debido a su gran impermeabilidad a sustancias hidrosolubles, iones y la mayoría de las moléculas biológicas.

Proteínas de Membrana:

• Transportan moléculas específicas fuera y dentro de la célula.
• Transportan iones en ambos sentidos.
• Unen macromoléculas a uno u otro lado de la membrana.
• Son receptores de las señales químicas del medio.
• Catalizan reacciones asociadas a la membrana.

Glucocálix:

• Protege y lubrica la superficie celular.
• Reconoce y se adhiere a otras células.
• Reconoce y fija sustancias o partículas.
• Es el anclaje de las enzimas.

Transporte a Través de la Membrana Celular

Transporte Sin Deformación de la Membrana

Transporte Pasivo

El transporte pasivo es el movimiento de iones y moléculas a favor de su gradiente de concentración (electroquímico). Este gradiente de concentración depende de las concentraciones relativas del ion o de la molécula dentro y fuera de la célula. No requiere energía y se clasifica en dos tipos principales:

• Difusión Simple: Es el mecanismo de transporte más sencillo y menos selectivo. Cualquier molécula hidrofóbica, pequeña y sin carga puede difundirse directamente a través de la bicapa lipídica sin necesidad de un transportador.
• Difusión Facilitada por Proteínas Transmembrana: Estas proteínas se encargan de transportar moléculas grandes o cargadas que no pueden atravesar la bicapa lipídica por difusión simple. Las proteínas pueden ser:
  • Transportadoras o Carriers: Transportan glúcidos, aminoácidos y nucleósidos. Se unen a la molécula que deben transportar en un lado de la membrana y experimentan un cambio conformacional que libera la molécula al otro lado. Es un proceso muy selectivo, ya que los centros de unión de cada transportador son específicos para una molécula concreta.
  • Proteínas Canal: Forman un canal hidrofílico a través de la membrana. Estos canales suelen estar cerrados y se abren para permitir el paso de moléculas o iones específicos.

Transporte Activo

El transporte activo es el movimiento de iones y moléculas en contra de su gradiente de concentración. Las células lo realizan para mantener su composición interna, y requiere un aporte de energía, generalmente proporcionado por una reacción acoplada. Una de las reacciones más comunes es la hidrólisis de la molécula de ATP generada en el metabolismo. Se lleva a cabo por proteínas transmembrana que bombean sustancias desde una zona de menor concentración a una de mayor concentración. Estas proteínas se denominan bombas, destacando la bomba de Na⁺/K⁺ (ejemplo: transporte activo de moléculas y propagación de las señales eléctricas en el nervio).

Transporte Con Deformación de la Membrana

Endocitosis

La endocitosis es el mecanismo por el cual la célula internaliza partículas o moléculas del medio externo, rodeándolas con una porción de su membrana plasmática. Existen varios tipos:

• Fagocitosis: Las partículas capturadas tienen gran tamaño, como bacterias, desechos celulares o células enteras. Así ingieren sustancias algunos protoctistas y diversos tipos de glóbulos blancos de los vertebrados.
• Pinocitosis: Las partículas capturadas son líquidas y contienen macromoléculas. Es un proceso habitual en células eucariotas.
• Endocitosis Mediada por Receptores: Permite la entrada selectiva de macromoléculas (ligandos) mediante receptores que las reconocen específicamente. Estos receptores se pueden acumular en zonas llamadas depresiones revestidas de clatrina. Cuando un ligando se une a un receptor, la depresión recubierta forma una vesícula por endocitosis. Así captan las células animales el colesterol.

Exocitosis

La exocitosis es el proceso que permite a la célula expulsar materiales de gran tamaño o productos de desecho al medio externo. Los materiales viajan a través del citoplasma en el interior de vesículas que se producen por gemación en la red trans del aparato de Golgi y acaban fusionándose con la membrana plasmática, vaciando su contenido al exterior.