DNA and RNA
los dos tipos principales de ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ADN es el material genético que se encuentra en todos los organismos vivos, desde bacterias unicelulares hasta mamíferos multicelulares. El ADN se encuentra en el núcleo de los eucariotas y en los orgánulos, cloroplastos y mitocondrias. En procariotas, el ADN no está encerrado en una envoltura membranosa.
todo el contenido genético de una célula se conoce como su genoma, y el estudio de los genomas es genómica., En células eucariotas, pero no en procariotas, el ADN forma un complejo con proteínas histonas para formar cromatina, la sustancia de los cromosomas eucariotas. Un cromosoma puede contener decenas de miles de genes. Muchos genes contienen la información para fabricar productos proteicos; otros genes codifican para productos ARN. El ADN controla todas las actividades celulares al activar o desactivar los genes.»
el otro tipo de ácido nucleico, el ARN, está principalmente involucrado en la síntesis de proteínas. Las moléculas de ADN nunca abandonan el núcleo, sino que utilizan un intermediario para comunicarse con el resto de la célula., Este intermediario es el ARN mensajero (ARNm). Otros tipos de ARN – como ARNr, ARNt y microRNA—están involucrados en la síntesis de proteínas y su regulación.
El ADN y el ARN se componen de monómeros conocidos como nucleótidos. Los nucleótidos se combinan entre sí para formar un polinucleótido, ADN o ARN. Cada nucleótido se compone de tres componentes: una base nitrogenada, un azúcar pentosa (cinco carbonos) y un grupo fosfato (figura \(\PageIndex{1}\)). Cada base nitrogenada en un nucleótido se une a una molécula de azúcar, que se une a uno o más grupos de fosfato.,
las bases nitrogenadas, componentes importantes de los nucleótidos, son moléculas orgánicas y se denominan así porque contienen carbono y nitrógeno. Son bases porque contienen un grupo amino que tiene el potencial de unirse a un hidrógeno extra, y por lo tanto, disminuye la concentración de iones de hidrógeno en su entorno, haciéndolo más básico. Cada nucleótido en el ADN contiene una de cuatro posibles bases nitrogenadas: adenina (a), guanina (G) citosina (C) y timina (T).
la adenina y la guanina se clasifican como purinas., La estructura primaria de una purina es de dos anillos de carbono-nitrógeno. La citosina, la timina y el uracilo se clasifican como pirimidinas que tienen un solo anillo de carbono-nitrógeno como su estructura primaria (figura \(\PageIndex{1}\)). Cada uno de estos anillos básicos de carbono-nitrógeno tiene diferentes grupos funcionales Unidos a él. En la abreviatura de Biología molecular, las bases nitrogenadas son simplemente conocidas por sus símbolos A, T, G, C y U. El ADN contiene A, T, G y C, mientras que el ARN contiene A, U, G y C.
el azúcar pentosa en el ADN es desoxirribosa, y en el ARN, el azúcar es ribosa (figura \(\PageIndex{1}\))., La diferencia entre los azúcares es la presencia del grupo hidroxilo en el segundo carbono de la ribosa y el hidrógeno en el segundo carbono de la desoxirribosa (por lo que la desoxirribosa «carece» de un grupo-OH). Los átomos de carbono de la molécula de azúcar están numerados como 1′, 2′, 3′, 4′, y 5′ (1′ se lee como «un primo»). El residuo de fosfato se une al grupo hidroxilo del carbono 5′ de un azúcar y al grupo hidroxilo del carbono 3′ del azúcar del siguiente nucleótido, que forma un enlace fosfodiéster 5′-3′., El enlace fosfodiéster no se forma por una simple reacción de deshidratación como los otros enlaces que conectan monómeros en macromoléculas: su formación implica la eliminación de dos grupos fosfato. Un polinucleótido puede tener miles de tales enlaces fosfodiéster.
las reglas de Chargaff
cuando Watson y Crick se propusieron en la década de 1940 para determinar la estructura del ADN, ya se sabía que el ADN está compuesto por una serie de cuatro tipos diferentes de moléculas, llamadas bases o nucleótidos: adenina (a), citosina (C), timina (T), guanina (G)., Watson y Crick también conocían las reglas de Chargaff, que eran un conjunto de observaciones sobre la cantidad relativa de cada nucleótido que estaba presente en casi cualquier Extracto de ADN. Chargaff había observado que para cualquier especie dada, la abundancia de A era la misma que T, Y G era la misma que C. Esto era esencial para Watson & el modelo de Crick.
Example \ (\PageIndex{1}\)
Chargaff determinó la composición de ácidos nucleicos en muestras de una variedad de especies, incluyendo procariotas y eucariotas. En una muestra bacteriana, la proporción de adenina fue de 15.,5% (datos adaptados de Vischer et al, 1949). ¿Qué proporción de guanina habría estado presente en esta muestra y por qué?
solución
debido a que a se empareja con T, la cantidad de T debe ser aproximadamente igual a A, o aproximadamente 15.5% por ciento. Así, A + T = 15,5 + 15,5 = 31%.
el porcentaje de G + C = 100% – 31% = 69%. Debido a que G se empareja con C, la cantidad de cada uno de estos debe ser aproximadamente igual, por lo que aproximadamente 34.5% cada uno.,
estructura de doble hélice de ADN
utilizando modelos metálicos proporcionales de los nucleótidos individuales, Watson y Crick dedujeron una estructura para el ADN que era consistente con las reglas de Chargaff y con datos de cristalografía de rayos x que se obtuvieron (con cierta controversia) de Otra investigadora llamada Rosalind Franklin. En la famosa doble hélice de Watson y Crick, cada una de las dos hebras contiene bases de ADN conectadas a través de enlaces covalentes a una columna vertebral de azúcar-fosfato., Debido a que un lado de cada molécula de azúcar está siempre conectado al lado opuesto de la siguiente molécula de azúcar, cada hebra de ADN tiene polaridad: estos se llaman el extremo 5′ (5-primo) y el extremo 3′ (3-Primo), de acuerdo con la nomenclatura de los carbonos en los azúcares. Las dos hebras de la doble hélice corren en direcciones anti-paralelas (es decir, opuestas), con el extremo 5′ de una hebra adyacente al extremo 3′ de la otra hebra. La doble hélice tiene un giro hacia la derecha, (en lugar del giro hacia la izquierda que a menudo se representa incorrectamente en los medios populares)., Las bases del ADN se extienden desde la columna vertebral hacia el Centro de la hélice, con un par de bases de cada hebra formando enlaces de hidrógeno que ayudan a mantener las dos hebras juntas. En la mayoría de las condiciones, las dos hebras están ligeramente compensadas, lo que crea una ranura mayor en una cara de la doble hélice y una ranura menor en la otra. Debido a la estructura de las bases, A solo puede formar enlaces de hidrógeno con T, Y G solo puede formar enlaces de hidrógeno con C (recuerde las reglas de Chargaff)., Por lo tanto, se dice que cada hebra es complementaria a la otra, por lo que cada hebra también contiene suficiente información para actuar como una plantilla para la síntesis de la otra. Esta redundancia complementaria es importante en la replicación y reparación del ADN.
solo se permiten ciertos tipos de emparejamiento base. Por ejemplo, una cierta purina solo puede emparejarse con una cierta pirimidina. Esto significa que A puede emparejarse con T, Y G puede emparejarse con C, como se muestra en la figura \(\PageIndex{2}\). Esto se conoce como la regla complementaria base. En otras palabras, las hebras de ADN son complementarias entre sí., Si la secuencia de una hebra es AATTGGCC, la hebra complementaria tendría la secuencia TTAACCGG. Durante la replicación del ADN, cada hebra se copia, dando como resultado una doble hélice de ADN hija que contiene una hebra de ADN parental y una hebra recién sintetizada.
Thinking ahead exercise \(\PageIndex{1}\)
se produce una mutación y la citosina se reemplaza por adenina. ¿Qué impacto crees que esto tendrá en la estructura del ADN?,
respuesta
la adenina es más grande que la citosina y no podrá emparejarse correctamente con la guanina en la hebra opuesta. Esto hará que el ADN sobresalga. Las enzimas de reparación del ADN pueden reconocer el bulto y reemplazar el nucleótido incorrecto.
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