Imagina que tuvieras que guardar y codificar la información de una vida entera en un área ocho veces menor a la del grosor de un pelo humano. ¿Cómo lo harías? La solución está dentro de tu cuerpo y en cada una de tus células, en forma de biomoléculas conocidas como ácidos nucleicos.
¿De qué están formados los ácidos nucleicos?
Los ácidos nucleicos son biomoléculas clave para la vida, pues almacenan la información que contiene las instrucciones necesarias para llevar a cabo todos los procesos biológicos en los seres vivos. Esta información es conocida como información genética.
Los ácidos nucleicos son biopolímeros formados por monómeros, conocidos como nucleótidos, que contienen la información genética de un organismo.
Como los ácidos nucleicos son polímeros, sabemos que están compuestos de monómeros —en este caso, llamados nucleótidos. Estos se unen para formar las cadenas de nucleótidos, o polinucleótidos, y las estructuras complejas que caracterizan a los ácidos nucleicos. Conozcamos las características de estos elementos, que son las unidades básicas que componen a los ácidos nucleicos.
Existen nucleótidos no nucleicos, es decir, que no forman parte del ADN o el ARN. Estos nucleótidos pueden encontrarse libres o asociados a otro tipo de moléculas y presentan diferentes funciones. Algunos de los principales ejemplos y sus funciones son:
- Adenosín trifosfato (ATP): es un nucleótido portador de energía. Si quieres saber más sobre este nucleótido, échale un vistazo al artículo Adenosín trifosfato.
- Adenosín monofosfato (AMP) cíclico: es un nucleótido portador de información y regulador de respuestas celulares.
- Nicotín adenín dinucleótido (NAD) y flavín adenín dinucleótido (FAD): están formados por una combinación de nucleótidos o la combinación de un nucleótido con otra molécula. En ambos casos actúan como coenzimas en el metabolismo celular.
Componentes de los nucleótidos de los ácidos nucleicos
Los nucleótidos son la base estructural del ADN y el ARN y están formados, a su vez, por tres componentes: un grupo fosfato, un azúcar pentosa y una base nitrogenada (Fig. 1).
Bases nitrogenadas
Las bases nitrogenadas son moléculas orgánicas que contienen uno o dos anillos con átomos de carbono y de nitrógeno. Las bases nitrogenadas son básicas porque tienen un grupo amino que tiende a unirse a un hidrógeno adicional, lo que conduce a una menor concentración de iones hidrógeno en su entorno (disminuyendo el pH del entorno).
Según sus estructuras cíclicas, las bases nitrogenadas se dividen en purinas o pirimidinas (Tabla 1):
| Purinas | Pirimidinas |
| Adenina (A) Guanina (G) | Timina (T)Uracilo (U) Citosina (C) |
Tabla 1. Existen cinco bases nitrogenadas, las cuales se clasifican como purinas o pirimidinas.
Las purinas tienen una estructura de doble anillo en la que un anillo de seis átomos está unido a otro de cinco. En cambio, las pirimidinas son más pequeñas y tienen una sola estructura de un solo anillo de seis átomos.
Los átomos de las bases nitrogenadas se enumeran del 1 al 6 para los anillos de pirimidina y del 1 al 9 para los anillos de purina (Fig. 2). Esto se hace para indicar la posición de los enlaces que forman.
Fig. 2: el diagrama muestra la estructura de las bases de purinas y pirimidinas y numeración de su átomos.
Azúcar pentosa
Un azúcar pentosa tiene cinco átomos de carbono, con cada carbono numerado del 1′ al 5′ (1′ se lee como "uno prima"). Hay dos tipos de pentosas en los nucleótidos: la ribosa y la desoxirribosa (Fig. 3). Lo que distingue a la desoxirribosa de la ribosa es la falta de un grupo hidroxilo (-OH) en su carbono 2' (por eso se llama "desoxirribosa").
En los nucleótidos, los números prima (como el 1') indican los átomos del azúcar pentosa, mientras que los números no prima (como el 1) indican los átomos de la base nitrogenada.
Figura 3. El diagrama muestra la estructura de las pentosas ribosa y desoxirribosa y la numeración de su átomos.
Grupo fosfato
La combinación de una base nitrogenada y un azúcar pentosa (sin ningún grupo fosfato asociado) se denomina nucleósido. La adición de un nucleósido a tres grupos fosfato (PO4) lo convierte en un nucleótido.
Antes de integrarse como parte del ácido nucleico, un nucleótido suele existir como trifosfato (lo que significa que tiene tres grupos fosfato); sin embargo, en el proceso de convertirse en ácido nucleico, pierde dos de los grupos fosfato.
¿Cómo se forma un nucleótido?
Los diferentes componentes de los nucleótidos están enlazados siempre de la misma manera, con el azúcar pentosa en el centro:
- La base nitrogenada se une al azúcar pentosa a través de un enlace N-glucosídico que conecta un átomo de carbono con uno de nitrógeno. Por esto, estos dos átomos reciben la notación de carbono 1´ en la pentosa y, en la base nitrogenada, nitrógeno 1 (en bases pirimidínicas) o 9 (en bases púricas).
El resto de los átomos de carbono de ambas moléculas se nombran, en consecuencia, 1´, 2´, 3´... (en el caso de la pentosa) y 1, 2, 3... (en el caso de la base nitrogenada).
- El grupo fosfato, se une al carbono 5´ de la pentosa, a través de un enlace éster.
Es decir, en un nucleótido, el azúcar pentosa siempre tiene unida la base nitrogenada a su carbono 1' y el grupo fosfato a su carbono 5'.
Tipos de ácidos nucleicos
Existen dos tipos de ácidos nucleicos que son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Tanto el ADN como el ARN son esenciales para la existencia, el mantenimiento y continuidad de la vida. Por eso, todos los seres vivos, tanto eucariotas como procariotas, contienen ácidos nucleicos; los animales, las plantas, las bacterias e, incluso, los virus (que se consideran entidades no vivas) contienen ácidos nucleicos.
Mientras que existe un solo tipo de ADN, hay diferentes tipos de ARN y cada uno se encarga de una función diferente. Los principales tipos de ARN son: ARN mensajero (ARNm), ARN de transporte (ARNt) y ARN ribosómico (ARNr).
Para saber sobre estos y otros tipos de ARN, échale un vistazo al artículo ADN y ARN.
Ácido desoxirribonucleico
El ácido desoxirribonucleico está formado por desoxirribonucleótidos, o nucleótidos de ADN. Uno desoxirribonucleico está formado por 3 componentes:
- Un grupo fosfato
- Un azúcar pentosa (que, en el caso del ADN, es una desoxirribosa)
- Una de cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G)
Entonces, hay cuatro tipos diferentes de nucleótidos de ADN, en función de las bases nitrogenadas que contengan. Estos nucleótidos se unen para formar las largas cadenas (polímeros) de ADN. Una molécula de ADN está generalmente formada por dos cadenas polinucleotídicas que componen la típica doble hélice de ADN, sin embargo, también existe ADN de una sola cadena (oor ejemplo, en algunos virus).
Describimos en detalle la formación de la molécula de ADN en Estructura de los ácidos nucleicos.
Ácido ribonucleico
El ácido ribonucleico está formado por ribonucleótidos, o nucleótidos de ARN. Un ribonucleótido tiene una estructura muy similar a la de un nucleótido de ADN, y está formado por tres componentes:
- Un grupo fosfato
- Un azúcar pentosa (que, en el caso del ARN, es una ribosa)
- Una de cuatro bases nitrogenadas: adenina, uracilo (U), citosina y guanina.
Recuerda, que el ARN utiliza uracilo como base pirimidínica nitrogenada en lugar de la timina. Entonces el uracilo es exclusivo del ARN, por lo que no se encuentra en los nucleótidos del ADN.
Al igual que con el ADN, estos nucleótidos se unen para formar las cadenas (polímeros) de ARN. Sin embargo, en el caso del ARN, las cadenas polinucleotídicas son mucho más cortas (lo cual ayuda a su función de transportar información de un lugar a otro de la célula). La molécula de ARN generalmente está formada de una sola cadena.
Describimos la formación de la molécula de ARN en Estructura de los ácidos nucleicos.
Función de los ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos son moléculas increíbles, que contienen la información y las instrucciones genéticas para llevar a cabo todos los procesos biológicos que tienen lugar en los seres vivos. Están presentes en cada célula, excepto en los eritrocitos maduros, para dirigir su actividad y funciones.
El ADN se encuentra tanto en las células eucariotas como en las procariotas y contiene el código con toda la información genética necesaria para crear proteínas. Así, su principal función es almacenar la información genética.
En las células eucariotas, el ADN se encuentra en el núcleo, las mitocondrias y el cloroplasto (en las plantas). Por su parte, los procariotas llevan el ADN en el nucleoide, que es una región del citoplasma donde se concentra el material genético sin una membrana que lo rodee, y en los plásmidos.
Sin embargo, el código del ADN resulta inútil si no se puede decodificar (extraer) el mensaje y la información que contiene. Por eso, el ARN se encarga de transferir la información del ADN y permite que esa información se pueda decodificar y utilizar para crear proteínas.
La transferencia e interpretación de la información genética contenida en el ADN se realiza durante las etapas de transcripción y traducción, y el ARN juega un papel fundamental en ambos. Si quieres saber más sobre estos dos procesos, échales un vistazo al artículo de Expresión génica.
Como mencionamos, existen varios tipos de ARN, abajo describimos la función de los principales tipos involucrados en la expresión del ADN:
- ARN mensajero: molécula que transporta la transcripción del código genético del ADN a los ribosomas.
- ARN de transferencia: ARN que transporta aminoácidos desde el citoplasma de la célula hasta los ribosomas.
- ARN ribosómico: constituye, junto a otras proteínas ribosómicas, los ribosomas.
Ácidos Nucleicos - Puntos clave
- Los ácidos nucleicos son biopolímeros formados por monómeros, conocidos como nucleótidos.
- Existen dos tipos de ácidos nucleicos que son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN).
- Los nucleótidos son el componente básico del ADN y el ARN, y están formados por tres componentes comunes: un azúcar pentosa con una base nitrogenada en su carbono 1' y un grupo fosfato en su carbono 5'.
- Un nucleótido de ADN está formado por un grupo fosfato, una pentosa desoxirribosa y una de cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G).
- Un nucleótido de ARN está formado por un grupo fosfato, una pentosa ribosa y una de cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), uracilo (U), citosina (C) y guanina (G).
- La principal función del ADN es almacenar la información genética, mientras que el ARN es imprescindible en los procesos de transcripción y traducción de esta información para la creación de proteínas.
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