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Ácidos nucleicos ARN (izquierda) y ADN (derecha).

Los ácidos nucleicos son biopolímeros o biomoléculas grandes , esenciales para todas las formas de vida conocidas . Están compuestos de nucleótidos , que son los monómeros formados por tres componentes: un azúcar de 5 carbonos , un grupo fosfato y una base nitrogenada . Las dos clases principales de ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Si el azúcar es ribosa , el polímero es ARN; si el azúcar es el derivado de ribosa desoxirribosa , el polímero es ADN.

Los ácidos nucleicos son compuestos químicos de origen natural que sirven como moléculas portadoras de información primarias en las células y componen el material genético. Los ácidos nucleicos se encuentran en abundancia en todos los seres vivos, donde crean, codifican y luego almacenan información de cada célula viva de cada forma de vida en la Tierra. A su vez, funcionan para transmitir y expresar esa información dentro y fuera del núcleo celular a las operaciones interiores de la célula y, en última instancia, a la próxima generación de cada organismo vivo. La información codificada se contiene y se transmite a través de la secuencia de ácido nucleico , que proporciona el orden de los nucleótidos en "escalón de escalera" dentro de las moléculas de ARN y ADN. Desempeñan un papel especialmente importante en la dirección de la síntesis de proteínas.

Las cadenas de nucleótidos se unen para formar cadenas principales helicoidales, por lo general, una para el ARN, dos para el ADN, y se ensamblan en cadenas de pares de bases seleccionados de las cinco bases nucleotídicas primarias o canónicas , que son: adenina , citosina , guanina , timina , y uracilo . La timina se encuentra solo en el ADN y el uracilo solo en el ARN. Mediante el uso de aminoácidos y el proceso conocido como síntesis de proteínas , [1] la secuenciación específica en el ADN de estos pares de nucleobase permite almacenar y transmitir instrucciones codificadas como genes.. En el ARN, la secuenciación de pares de bases permite la fabricación de nuevas proteínas que determinan los marcos y partes y la mayoría de los procesos químicos de todas las formas de vida.

Historia [ editar ]

El científico suizo Friedrich Miescher descubrió los ácidos nucleicos ( ADN ) en 1868. [notas 1] Más tarde, planteó la idea de que podrían estar implicados en la herencia . [2]
  • La nucleína fue descubierta por Friedrich Miescher en 1869 en la Universidad de Tübingen , Alemania. [3]
  • A principios de la década de 1880, Albrecht Kossel purificó aún más la sustancia y descubrió sus propiedades altamente ácidas. Más tarde también identificó las nucleobases.
  • En 1889, Richard Altmann crea el término ácido nucleico
  • En 1938, Astbury y Bell publicaron el primer patrón de difracción de rayos X del ADN. [4]
  • En 1953 Watson y Crick presentaron la estructura del ADN . [5]

Los estudios experimentales de ácidos nucleicos constituyen una parte importante de la investigación biológica y médica moderna , y forman una base para la ciencia forense y del genoma , y las industrias biotecnológica y farmacéutica . [6] [7] [8]

Ocurrencia y nomenclatura [ editar ]

El término ácido nucleico es el nombre general de ADN y ARN, miembros de una familia de biopolímeros , [9] y es sinónimo de polinucleótido . Los ácidos nucleicos fueron nombrados por su descubrimiento inicial dentro del núcleo y por la presencia de grupos fosfato (relacionados con el ácido fosfórico). [10] Aunque se descubrió por primera vez dentro del núcleo de las células eucariotas , ahora se sabe que los ácidos nucleicos se encuentran en todas las formas de vida, incluidas las bacterias , arqueas , mitocondrias , cloroplastos y virus (existe un debate sobresi los virus son vivos o no vivos ). Todas las células vivas contienen tanto ADN como ARN (excepto algunas células como los glóbulos rojos maduros), mientras que los virus contienen ADN o ARN, pero generalmente no ambos. [11] El componente básico de los ácidos nucleicos biológicos es el nucleótido , cada uno de los cuales contiene un azúcar pentosa ( ribosa o desoxirribosa ), un grupo fosfato y una nucleobase . [12] Los ácidos nucleicos también se generan dentro del laboratorio, mediante el uso de enzimas [13] (ADN y ARN polimerasas) y mediante síntesis química en fase sólida.. Los métodos químicos también permiten la generación de ácidos nucleicos alterados que no se encuentran en la naturaleza, [14] por ejemplo, ácidos nucleicos peptídicos .

Composición molecular y tamaño [ editar ]

Los ácidos nucleicos son generalmente moléculas muy grandes. De hecho, las moléculas de ADN son probablemente las moléculas individuales más grandes conocidas. Las moléculas biológicas de ácido nucleico bien estudiadas varían en tamaño desde 21 nucleótidos ( ARN interferente pequeño ) hasta cromosomas grandes ( el cromosoma 1 humano es una sola molécula que contiene 247 millones de pares de bases [15] ).

En la mayoría de los casos, las moléculas de ADN de origen natural son bicatenarias y las moléculas de ARN son monocatenarias. [16] Sin embargo, existen numerosas excepciones: algunos virus tienen genomas hechos de ARN bicatenario y otros virus tienen genomas de ADN monocatenario , [17] y, en algunas circunstancias, se pueden formar estructuras de ácido nucleico con tres o cuatro cadenas. [18]

Los ácidos nucleicos son polímeros lineales (cadenas) de nucleótidos. Cada nucleótido consta de tres componentes: una nucleobase de purina o pirimidina (a veces denominada base nitrogenada o simplemente base ), un azúcar pentosa y un grupo fosfato que hace que la molécula sea ácida. La subestructura que consta de una nucleobase más azúcar se denomina nucleósido . Los tipos de ácidos nucleicos difieren en la estructura del azúcar en sus nucleótidos: el ADN contiene 2'- desoxirribosa mientras que el ARN contiene ribosa (donde la única diferencia es la presencia de un grupo hidroxilo ). Además, las nucleobases que se encuentran en los dos tipos de ácidos nucleicos son diferentes: la adenina , la citosina y la guanina se encuentran tanto en el ARN como en el ADN, mientras que la timina se encuentra en el ADN y el uracilo en el ARN.

Los azúcares y fosfatos en los ácidos nucleicos están conectados entre sí en una cadena alterna (esqueleto de azúcar-fosfato) a través de enlaces fosfodiéster . [19] En la nomenclatura convencional , los carbonos a los que se unen los grupos fosfato son los carbonos del extremo 3 'y del extremo 5' del azúcar. Esto le da a los ácidos nucleicos direccionalidad , y los extremos de las moléculas de ácido nucleico se denominan extremo 5 'y extremo 3'. Las nucleobases se unen a los azúcares a través de un enlace N-glicosídico que involucra un nitrógeno del anillo de nucleobase (N-1 para pirimidinas y N-9 para purinas) y el carbono 1 'del anillo de azúcar pentosa.

Los nucleósidos no estándar también se encuentran tanto en el ARN como en el ADN y generalmente surgen de la modificación de los nucleósidos estándar dentro de la molécula de ADN o la transcripción de ARN primaria (inicial). Las moléculas de ARN de transferencia (ARNt) contienen una gran cantidad de nucleósidos modificados. [20]

Topología [ editar ]

Los ácidos nucleicos bicatenarios están formados por secuencias complementarias, en las que el apareamiento extenso de bases de Watson-Crick da como resultado una estructura tridimensional de doble hélice de ácido nucleico muy repetida y bastante uniforme . [21] Por el contrario, las moléculas de ADN y ARN monocatenario no están limitadas a una doble hélice regular y pueden adoptar estructuras tridimensionales muy complejas que se basan en tramos cortos de secuencias de pares de bases intramoleculares que incluyen tanto Watson-Crick como no canónicas. pares de bases y una amplia gama de interacciones terciarias complejas. [22]

Las moléculas de ácido nucleico generalmente no están ramificadas y pueden presentarse como moléculas lineales y circulares. Por ejemplo, los cromosomas bacterianos, los plásmidos , el ADN mitocondrial y el ADN del cloroplasto suelen ser moléculas de ADN bicatenarias circulares, mientras que los cromosomas del núcleo eucariota suelen ser moléculas de ADN bicatenarias lineales. [11] La mayoría de las moléculas de ARN son moléculas lineales de una sola hebra, pero tanto las moléculas circulares como las ramificadas pueden resultar de reacciones de empalme de ARN . [23] La cantidad total de pirimidinas es igual a la cantidad total de purinas. El diámetro de la hélice es de aproximadamente 20 Å.

Secuencias [ editar ]

Artículo principal: secuencia de ácidos nucleicos

Una molécula de ADN o ARN se diferencia de otra principalmente en la secuencia de nucleótidos . Las secuencias de nucleótidos son de gran importancia en biología, ya que llevan las últimas instrucciones que codifican todas las moléculas biológicas, ensamblajes moleculares, estructuras subcelulares y celulares, órganos y organismos, y habilitan directamente la cognición, la memoria y el comportamiento ( ver Genética ). Se han realizado enormes esfuerzos en el desarrollo de métodos experimentales para determinar la secuencia de nucleótidos de moléculas biológicas de ADN y ARN, [24] [25] y en la actualidad se secuencian cientos de millones de nucleótidos.diariamente en centros de genoma y laboratorios más pequeños en todo el mundo. Además de mantener la base de datos de secuencias de ácidos nucleicos de GenBank, el Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI, https://www.ncbi.nlm.nih.gov ) proporciona recursos de análisis y recuperación para los datos en GenBank y otros datos biológicos disponibles. a través del sitio web del NCBI. [26]

Tipos [ editar ]

Ácido desoxirribonucleico [ editar ]

Artículo principal: ADN

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es un ácido nucleico que contiene las instrucciones genéticas utilizadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética se denominan genes. Asimismo, otras secuencias de ADN tienen fines estructurales o están involucradas en la regulación del uso de esta información genética. Junto con el ARN y las proteínas, el ADN es una de las tres macromoléculas principales que son esenciales para todas las formas de vida conocidas. El ADN consta de dos polímeros largos de unidades simples llamadas nucleótidos, con cadenas principales formadas por azúcares y grupos fosfato unidos por enlaces éster. Estos dos hilos corren en direcciones opuestas entre sí y, por lo tanto, son antiparalelos. Unido a cada azúcar hay uno de los cuatro tipos de moléculas llamadas nucleobases (informalmente, bases).Es la secuencia de estas cuatro nucleobases a lo largo de la columna vertebral que codifica la información. Esta información se lee utilizando el código genético, que especifica la secuencia de aminoácidos dentro de las proteínas. El código se lee copiando tramos de ADN en el ARN de ácido nucleico relacionado en un proceso llamado transcripción. Dentro de las células, el ADN está organizado en estructuras largas llamadas cromosomas. Durante la división celular, estos cromosomas se duplican en el proceso de replicación del ADN, lo que proporciona a cada célula su propio conjunto completo de cromosomas. Los organismos eucariotas (animales, plantas, hongos y protistas) almacenan la mayor parte de su ADN dentro del núcleo celular y parte de su ADN en orgánulos, como mitocondrias o cloroplastos. Por el contrario, los procariotas (bacterias y arqueas) almacenan su ADN solo en el citoplasma. Dentro de los cromosomas,las proteínas de la cromatina, como las histonas, compactan y organizan el ADN. Estas estructuras compactas guían las interacciones entre el ADN y otras proteínas, lo que ayuda a controlar qué partes del ADN se transcriben.

Ácido ribonucleico [ editar ]

Artículo principal: ARN

El ácido ribonucleico (ARN) funciona para convertir la información genética de los genes en las secuencias de aminoácidos de las proteínas. Los tres tipos universales de ARN incluyen ARN de transferencia (ARNt), ARN mensajero (ARNm) y ARN ribosómico (ARNr). El ARN mensajero actúa para transportar información de la secuencia genética entre el ADN y los ribosomas, dirigiendo la síntesis de proteínas. El ARN ribosómico es un componente principal del ribosoma y cataliza la formación de enlaces peptídicos. El ARN de transferencia sirve como molécula portadora de aminoácidos que se utilizarán en la síntesis de proteínas y es responsable de decodificar el ARNm. Además, ahora se conocen muchas otras clases de ARN .

Ácido nucleico artificial [ editar ]

Artículo principal: Análogo de ácido nucleico

Artificiales análogos de ácidos nucleicos se han diseñado y sintetizado por los químicos, e incluyen ácido nucleico peptídico , morfolino - y ácido nucleico bloqueado , glicol de ácido nucleico , y treosa ácido nucleico . Cada uno de estos se distingue del ADN o ARN natural por cambios en la columna vertebral de las moléculas.

Ver también [ editar ]

  • Comparación de software de simulación de ácidos nucleicos
  • Historia de la bioquímica
  • Historia de la biología molecular
  • Historia de la biología del ARN
  • Biología Molecular
  • Métodos de ácido nucleico
  • Metabolismo de los ácidos nucleicos
  • Estructura del ácido nucleico
  • Termodinámica de ácidos nucleicos
  • Síntesis de oligonucleótidos
  • Cuantificación de ácidos nucleicos

Notas [ editar ]

  1. ^ Los llamó nucleína.

Referencias [ editar ]

  1. ^ "Qué es el ADN" . ¿Qué es el ADN ? Linda Clarks . Consultado el 6 de agosto de 2016 .
  2. ^ Bill Bryson , Una breve historia de casi todo , Broadway Books, 2015.p. 500.
  3. ^ Dahm R (enero de 2008). "Descubriendo el ADN: Friedrich Miescher y los primeros años de la investigación de ácidos nucleicos". Genética humana . 122 (6): 565–81. doi : 10.1007 / s00439-007-0433-0 . PMID 17901982 . S2CID 915930 .  
  4. ^ Cox M, Nelson D (2008). Principios de bioquímica . Susan Winslow. pag. 288. ISBN 9781464163074.
  5. ^ "Estructura del ADN" . ¿Qué es el ADN ? Linda Clarks . Consultado el 6 de agosto de 2016 .
  6. ^ Lander ES, Linton LM, Birren B, Nusbaum C, Zody MC, Baldwin J, et al. (Febrero de 2001). "Secuenciación inicial y análisis del genoma humano" (PDF) . Naturaleza . 409 (6822): 860–921. Código Bib : 2001Natur.409..860L . doi : 10.1038 / 35057062 . PMID 11237011 .  
  7. ^ Venter JC, Adams MD, Myers EW, Li PW, Mural RJ, Sutton GG, et al. (Febrero de 2001). "La secuencia del genoma humano" . Ciencia . 291 (5507): 1304–51. Código Bibliográfico : 2001Sci ... 291.1304V . doi : 10.1126 / science.1058040 . PMID 11181995 . 
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Bibliografía [ editar ]

  • Wolfram Saenger, Principios de la estructura de los ácidos nucleicos , 1984, Springer-Verlag New York Inc.
  • Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts y Peter Walter Biología molecular de la célula , 2007, ISBN 978-0-8153-4105-5 . La cuarta edición está disponible en línea a través de NCBI Bookshelf: enlace 
  • Jeremy M Berg, John L Tymoczko y Lubert Stryer, Biochemistry 5th edition, 2002, WH Freeman. Disponible en línea a través de NCBI Bookshelf: enlace
  • Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland KO Sigel, eds. (2012). Interacción entre iones metálicos y ácidos nucleicos . Iones metálicos en ciencias de la vida. 10 . Saltador. doi : 10.1007 / 978-94-007-2172-2 . ISBN 978-94-007-2171-5. S2CID  92951134 .

Lectura adicional [ editar ]

  • Palou-Mir J, Barceló-Oliver M, Sigel RK (2017). "Capítulo 12. El papel del plomo (II) en los ácidos nucleicos". En Astrid S, Helmut S, Sigel RK (eds.). Plomo: sus efectos sobre el medio ambiente y la salud . Iones metálicos en ciencias de la vida. 17 . de Gruyter. págs. 403–434. doi : 10.1515 / 9783110434330-012 . PMID  28731305 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Entrevista con Aaron Klug, premio Nobel por la elucidación estructural de complejos de proteínas de ácidos nucleicos biológicamente importantes proporcionada por Vega Science Trust.
  • Revista de investigación de ácidos nucleicos
  • Libro de ácidos nucleicos (libro en línea gratuito sobre la química y biología de los ácidos nucleicos)