Introducción a los Ácidos Nucleicos
Los **ácidos nucleicos** son compuestos que se denominan ácidos porque contienen un grupo fosfato. Este grupo, al combinarse con oxígeno, forma un ácido. Se les llama *nucleicos* porque históricamente se descubrieron en el núcleo celular.
Historia Molecular de la Genética
A finales del siglo XIX, se validan los trabajos de Mendel, pero surge la interrogante sobre quién es el causante de la transmisión del material genético. A principios del siglo XX, se intensifica el estudio de la célula, se observan nuevas estructuras y se les denomina **genes**. Se descubre que dentro de ellos había una estructura filamentosa que se le denominó **cromosoma**, y en el interior de esta, otra estructura a la que se le acreditó el nombre de **ácido nucleico**.
Tipos de Ácidos Nucleicos
- Ácido Desoxirribonucleico (**ADN**)
- Ácido Ribonucleico (**ARN**)
El Experimento de Griffith (1928): El Principio Transformante
Frederick Griffith estudiaba una vacuna contra la neumonía, causada por la bacteria *Neumococo*. Identificó dos tipos de cepas:
- **Tipo S (Smooth/Lisa):** Posee pared celular, forma lisa y es virulenta (causa la enfermedad).
- **Tipo R (Rough/Rugosa):** No tiene pared celular, por lo cual no tiene forma definida y no es virulenta.
Resultados del Experimento de Griffith
| Cepa Inyectada | Resultado en el Ratón | Explicación |
|---|---|---|
| Cepa R | No muere | El sistema inmune (anticuerpos) mata rápidamente la bacteria sin pared celular. |
| Cepa S | Muere | La pared celular protege a la bacteria, permitiendo su reproducción y la enfermedad. |
| Cepa S (calor 40°C) | No muere | El calor mata la bacteria. |
| Cepa R + Cepa S (muerta por calor) | Muere | El material de la bacteria S muerta infecta a la bacteria R, transformándola en S virulenta. Este fue el descubrimiento del **Principio Transformante**. |
Confirmación del ADN como Material Genético
En 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty estudiaron el experimento de Griffith. Demostraron que el **ADN** de la cepa S era el que infectaba y transformaba a la cepa R. Para confirmarlo, marcaron el ADN con un isótopo radiactivo (fósforo-32) y observaron que, tras la muerte del ratón, el material genético transferido era el ADN, transformando la cepa R en S.
Descubrimiento de los Componentes Químicos
Meischer y la Nucleína
En el siglo XIX, Friedrich Miescher descubrió dentro de los cromosomas una sustancia que, por estar dentro del núcleo, llamó **nucleína**.
Kossel y las Bases Nitrogenadas
Alrededor de 1890, Albrecht Kossel aplicó hidrólisis a la nucleína (ruptura de puentes de hidrógeno de la molécula) y descubrió sus componentes:
- Ácido fosfórico
- Azúcar
- Compuestos con Nitrógeno (**Bases Nitrogenadas**)
Kossel separó estos componentes y, al notar que las proteínas no contenían ácido fosfórico ni azúcar, cambió el nombre de nucleína a **ácido nucleico**.
Clasificación de las Bases Nitrogenadas
- **Pirimidinas** (un solo anillo): Timina (T), Citosina (C) y Uracilo (U, solo en ARN).
- **Purinas** (dos anillos): Adenina (A) y Guanina (G).
Levene y los Azúcares
En 1911, Phoebus Levene separó los azúcares:
- **Ribosa:** Tiene un grupo oxidrilo (OH) en los carbonos 1 y 2.
- **Desoxirribosa:** No tiene grupo oxidrilo en el carbono 2.
Levene concluyó que los componentes dentro del cromosoma no eran proteínas (las proteínas están formadas por aminoácidos, mientras que los ácidos nucleicos están formados por nucleótidos).
Ácido Desoxirribonucleico (ADN)
Se llama así porque el azúcar que lo compone es la desoxirribosa.
Estructura de la Doble Hélice
En 1953, James Watson y Francis Crick descubrieron la forma de **doble hélice** del ADN, un logro por el cual ganaron el Premio Nobel en 1962. La estructura se describe de la siguiente manera:
- El **pasamanos** o **barandas** están formados por el grupo fosfato y el azúcar (desoxirribosa).
- Los **escalones** están formados por las bases nitrogenadas que se unen mediante puentes de hidrógeno: Adenina se aparea con Timina (A-T), y Guanina se aparea con Citosina (G-C).
Función del ADN
La función principal del ADN es **contener y transmitir la información hereditaria**.
Replicación del ADN
El ADN es capaz de **replicarse** (autoduplicarse). A partir de una banda madre, se obtiene una banda hija complementaria, resultando en dos moléculas de ADN idénticas.
Según la teoría semiconservativa (la aceptada actualmente, aunque el texto original describe una variante conservativa):
- El operador se coloca sobre el trozo de ADN que se va a duplicar.
- La enzima **deshidrogenasa** rompe los puentes de hidrógeno y separa las dos bandas madre.
- Cada banda madre sirve de molde para generar una banda hija complementaria.
- La enzima **ADN polimerasa** forma los puentes de hidrógeno entre las bases de las bandas madre y las nuevas bandas hijas.
Ácido Ribonucleico (ARN)
El ARN tiene una **sola banda**. Su azúcar es la **ribosa**, de ahí su nombre.
Bases Nitrogenadas del ARN
- **Púricas:** Adenina (A) y Guanina (G).
- **Pirimidinas:** Citosina (C) y **Uracilo** (U). *Nota: El Uracilo reemplaza a la Timina.*
Función del ARN
El ARN no se autoduplica, sino que se **transcribe** a partir del ADN. Su función principal es la **síntesis de proteínas** (producción de proteínas), transmitiendo la información genética del núcleo a los ribosomas.
- El ARN se forma en el núcleo, pero su función la ejerce en los **ribosomas**.
- Un **polipéptido** es la unión de varias proteínas.
Síntesis de Proteínas y el Código Genético
Reseña Histórica
Inicialmente, los científicos pensaron que el ADN se encargaba de la síntesis de proteínas. Sin embargo, el ADN no sale del cromosoma y la síntesis se realiza en el ribosoma. Se dieron cuenta de que era el **ARN** el responsable, ya que se encuentra tanto en el núcleo como en el ribosoma, actuando como mensajero.
Transcripción del ARN
La transcripción es el proceso por el cual se copia la información de un segmento de ADN a una molécula de ARN. El proceso es similar a la replicación del ADN, pero solo se forma una banda de ARN:
- El gen operador se coloca sobre la parte del ADN que se va a transcribir.
- Llega la enzima **ARN polimerasa**, que rompe los puentes de hidrógeno para separar la doble banda de ADN.
- Una banda de ADN queda como soporte y la otra se transcribe. La banda que se transcribe se llama **codogénica**.
*Cada triplete de bases en el ADN que se transcribe se llama **cistrón** (o segmento de gen). La transcripción no es necesariamente continua.*
El Código Genético
El código genético traduce la secuencia de bases en los ácidos nucleicos en la secuencia de aminoácidos en las proteínas.
- Las proteínas se componen de 20 aminoácidos diferentes.
- El código genético depende de una secuencia de bases para codificar cada aminoácido.
La Hipótesis del Triplete
En 1961, Francis Crick y sus colaboradores demostraron que el código genético debe ser un código de tripletes. La lógica es la siguiente:
- Una sola base no puede ser el código de un único aminoácido, ya que no hay suficientes bases distintas (solo 4).
- Una secuencia de dos bases solo daría 16 combinaciones posibles ($4^2$), lo cual no es suficiente para representar 20 aminoácidos.
- Una secuencia de **tres bases** (triplete) da 64 combinaciones posibles ($4^3$), lo que es más que suficiente.
Por ende, los biólogos formularon la hipótesis de que el código genético debe ser un código de tripletes.
Codones
El código se describe en términos de los tripletes de bases del ARNm, denominados **codones**.
- Todas las proteínas comienzan originalmente con el mismo aminoácido: **Metionina**, codificado por el **codón de inicio AUG**.
- Los codones **UAG, UAA y UGA** son los **codones de terminación** (o *stop*).
Existen 61 tripletes de nucleótidos que especifican 20 aminoácidos, lo que significa que la mayoría de los aminoácidos se especifican mediante varios codones (el código es **degenerado**).