Acidos nucleicos Historia, concepto, clasificación

HISTORIA

Las investigaciones fundamentales que condujeron al descubrimiento de los ácidos nucleicos fueron realizadas por Friedrich Miescher (1844 - 1895) recordado como el fundador de nuestro actual conocimiento del núcleo celular.

El trabajo inicial llevado a cabo en 1868, en el laboratorio de su maestro Hopee - Seyler en Tûbinguen, aisló los núcleos de las células del pues procedente de los desechos de vendajes quirúrgicos y mostró que el material nuclear contenía un raro compuesto fosforado al que llamó "nucleína", hoy conocido como nucleoproteína.

Miescher continuó sus investigaciones en Brasilea, donde nació y transcurrió la mayor parte de su vida profesional. Allí despertó su interés por el esperma del salmón como fuente de material nuclear y, en 1872 mostró que las cabezas aisladas de espermatozoides contenían un compuesto ácido, conocido ahora como ácido nucleico, y una base, a la que dio el nombre de "protamina". Posteriormente se mostró que los ácidos nucleicos eran constituyentes normales de todas las células y tejidos examinados.

Estas investigaciones fueron continuadas por Atan, quien en 1899 descubrió un método para la preparación de ácidos nucleicos libres de proteína procedentes de tejidos animales y de levadura. Una de las mejores fuentes animales del ácido nucleico resultó ser la glándula del timo; mediante hidrólisis se hallaron las bases pùricas, adenina y guanina; las bases pirimidinas, citosina y timina, una azúcar que resultó ser la desoxirribosa. Todo esto conocido como ácido desoxirribonuclèico ò ADN.

El uso de nuevas técnicas citoquìmicas y el fraccionamiento celular mostraron que el ADN y el ARN son constituyentes normales de todas las células vegetales y animales, quedando confinado el ADN en el núcleo, mientras que el ARN se encuentra también en el citoplasma. Los diferentes estudios, combinados con mediciones de la incorporación de precursores marcados en el ADN y ARN de distintas fracciones subcelulares pusieron de manifiesto las considerables diferencias existentes en la actividad metabólica de las diversas clases de ARN.

CONCEPTO

Los ácidos nucleicos son grandes polímeros formados por la repetición de monómeros denominados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman, así, largas cadenas; algunas moléculas de ácidos nucleícos llegan a alcanzar tamaños gigantescos, con millones de nucleótidos encadenados. Los ácidos nucleicos almacenan la información genética de los organismos vivos y son los responsables de la transmisión hereditaria. Existen dos tipos básicos, el ADN y el ARN.

Formula de los ácidos nucleicos

X+Y- xy X y + pn =

CLASIFICACIÓN

El ácido desoxirribonucleico, abreviado como ADN, es un ácido nucleico que contiene instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria. El papel principal de la molécula de ADN es el almacenamiento a largo plazo de información. Muchas veces, el ADN es comparado con un plano o una receta, o un código, ya que contiene las instrucciones necesarias para construir otros componentes de las células, como las proteínas y las moléculas de ARN. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son llamados genes, pero las otras secuencias de ADN tienen propósitos estructurales o toman parte en la regulación del uso de esta información genética.

El ARN difiere del ADN en que la pentosa de los nucleótidos constituyentes es ribosa en lugar de desoxirribosa, y en que, en lugar de las cuatro bases A, G, C, T, aparece A, G, C, U (es decir, uracilo en lugar de timina). Las cadenas de ARN son más cortas que las de ADN, aunque dicha característica es debido a consideraciones de carácter biológico, ya que no existe limitación química para formar cadenas de ARN tan largas como de ADN, al ser el enlace fosfodiéster químicamente idéntico. El ARN está constituido casi siempre por una única cadena (es monocatenario), aunque en ciertas situaciones, como en los ARNt y ARNr puede formar estructuras plegadas complejas y estables.

Mientras que el ADN contiene la información, el ARN expresa dicha información, pasando de una secuencia lineal de nucleótidos, a una secuencia lineal de aminoácidos en una proteína. Para expresar dicha información, se necesitan varias etapas y, en consecuencia existen varios tipos de ARN:

• El ARN mensajero se sintetiza en el núcleo de la célula, y su secuencia de bases es complementaria de un fragmento de una de las cadenas de ADN. Actúa como intermediario en el traslado de la información genética desde el núcleo hasta el citoplasma. Poco después de su síntesis sale del núcleo a través de los poros nucleares asociándose a los ribosomas donde actúa como matriz o molde que ordena los aminoácidos en la cadena proteica. Su vida es muy corta: una vez cumplida su misión, se destruye.

• El ARN de transferencia existe en forma de moléculas relativamente pequeñas. La única hebra de la que consta la molécula puede llegar a presentar zonas de estructura secundaria gracias a los enlaces por puente de hidrógeno que se forman entre bases complementarias, lo que da lugar a que se formen una serie de brazos, bucles o asas. Su función es la de captar aminoácidos en el citoplasma uniéndose a ellos y transportándolos hasta los ribosomas, colocándolos en el lugar adecuado que indica la secuencia de nucleótidos del ARN mensajero para llegar a la síntesis de una cadena polipeptídica determinada y por lo tanto, a la síntesis de una proteína

• El ARN ribosómico es el más abundante (80 por ciento del total del ARN), se encuentra en los ribosomas y forma parte de ellos, aunque también existen proteínas ribosómicas. El ARN ribosómico recién sintetizado es empaquetado inmediatamente con proteínas ribosómicas, dando lugar a las subunidades del ribosoma.

FUNCIÓN

Los ácidos nucleicos almacenan la información genética de los organismos vivos y son los responsables de la transmisión hereditaria.

Cumplen la importante función de sintetizar las proteínas específicas de las células y de almacenar, duplicar y transmitir los caracteres hereditarios

-Almacenamiento de la información genética

-Replicación de su propia molécula

-Síntesis de ARN (transcripción)

-Transferencia de la información genética

La replicación o duplicación de la molécula de ADN se produce en la interfase de la división celular, más precisamente en la fase S, con el objetivo de conservar la información genética. Los puentes de hidrógeno que unen las dos hileras de polinucleótidos se rompen, con lo cual ambas cadenas se separan, sirviendo cada una de molde para fabricar una nueva hilera complementaria. La enzima ADN polimerasa se encarga de agregar nucleótidos fabricados por la célula que están esparcidos en el núcleo. Dicha enzima los va añadiendo a cada hilera separada conforme con la secuencia adenosina-timina y citosina-guanina (A-T y C-G). Al terminar la duplicación se obtienen dos moléculas idénticas de ADN de forma helicoidal, cada una con una hilera original y otra hilera neoformada. El núcleo tiene ahora el doble del ADN y de proteínas que al principio. De esta manera, la información genética de la célula madre será transmitida a las células hijas al producirse la mitosis.

• Replicación del ADN.

Es un proceso semiconservativo ya que la doble hélice de ADN, cuando se duplica, conserva una de sus hebras, y sintetiza la otra de nuevo, por complementariedad de bases, añadiendo nucleótidos y utilizando la cadena madre como patrón.

Sacar copias de sí mismo, duplicarse, autoperpetuarse, asegurando la transmisión de los genes.

Se forman dos cadenas hijas, cada una de las cuales lleva una hebra de antigua y una hebra de nueva síntesis. Así, cada una de las dobles cadenas hijas, son iguales entre sí, y también iguales a la cadena madre.

El proceso de duplicación necesita de la actuación de un sistema de enzimas:

- Las helicasas ó girasas hacen que la molécula de ADN se desenrrolle, perdiendo la forma de hélice, ya que se rompen los enlaces por puentes de hidrógeno entre las bases.

- Otros enzimas mantienen la estabilidad de la molécula abierta.

- La DNA polimerasa III va incorporando nucleótidos frente a las cadenas madres (que actúan de patrones), siempre en el mismo sentido (5' ⇒ 3'). Como no pueden iniciar la replicación por sí mismas, necesitan una pequeña hebra de ARN cebador (sintetizados por otra enzima denominada RNA polimerasa) para poder copiar el ADN patrón por complementariedad de bases; posee una elevada procesividad ya que sintetiza a una velocidad de unos 1.000 nucleótidos por segundo. Posee tres actividades distintas:

⊕ Polimerasa 5' ⇒ 3'

⊕ Exonucleasa 5' ⇒ 3' para degradar cualquier DNA que haya en su camino

⊕ Proofreading 3' ⇒ 5' para corregir errores introducidos durante

...