3.5. Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos DNA y RNA son las macromoléculas biológicas más importantes para la continuidad de la vida.
La molécula de DNA contiene el material genético de todos los organismos, desde las bacterias hasta los organismos celulares como los mamíferos.

En las células procariotas no se encuentra encerrado dentro del interior de ninguna envoltura membranosa, pero sí en las células eucariotas donde se halla en el núcleo y en algunos orgánulos de la misma.
En este segundo tipo de células, el DNA junto con unas proteínas, denominadas histonas, forma la cromatina que es la sustancia que compone los cromosomas eucarióticos que pueden contener decenas de miles de genes.
El DNA es el encargado de controlar la actividad de la célula, activando y desactivando los genes correspondientes.

El otro tipo de ácido nucleico, el RNA, está relacionado principalmente con la síntesis de proteínas y su regulación mediante la acción de tres tipos diferentes de RNA (rRNA o RNA ribosómico, tRNA o RNA de transferencia y el microRNA). La cuarta categoría de RNA, el mRNA o RNA mensajero, sirve de intermediario para la comunicación entre el DNA y el resto de la célula.

Los nucleótidos son los monómeros de los ácidos nucleicos que al combinarse dan lugar a sus polinucleótidos (DNA y RNA). Cada nucleótido posee tres componentes: una base nitrogenada que se une a una molécula de azúcar (pentosa) que a su vez se une a un grupo fosfato.

Las bases nitrogenadas son moléculas orgánicas que contienen carbono (C) y nitrógeno (N) y se dividen en cinco tipos: adenina (A) y guanina (G) conocidas como purinas que poseen dos anillos fusionados de C-N. La citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U) son denominadas pirimidinas con un único anillo C-N.
En ambos tipos de bases nitrogenadas sus anillos C-N se encuentran unidos a diferentes grupos funcionales.

El DNA se encuentra constituido por A, T, G y C, en cambio en el RNA la timina (T) es sustituida por el uracilo (U).

Otra diferencia entre ambos ácidos nucleicos es que la molécula de azúcar del DNA es una desoxirribosa (con un H en su segundo átomo de carbono) y en el RNA se trata de una ribosa (con un grupo hidroxilo en ese segundo átomo).

Los átomos de carbono de la molécula de azúcar se numeran como 1´, 2´, 3´, 4´ y 5´. El residuo fosfato se une al grupo hidroxilo del carbono 5´ de una molécula de azúcar y al carbono 3´ de la molécula de azúcar del siguiente nucleótido, estableciendo un enlace fosfodiéster.

Estructura de doble hélice del DNA

En la estructura de doble hélice del DNA, el azúcar y el fosfato se sitúan en el exterior de la misma, mientras que las bases nitrogenadas se disponen en su interior formando pares, como los escalones de una escalera, unidos por puentes de hidrógeno , de tal modo que la A sólo se puede emparejar con la T y la G con la C. Esta regla se conoce como regla de complementariedad de las bases nitrogenadas.
Cada uno de estos pares está separado por 0.34 nm; ambas hebras corren en direcciones opuestas, estando el carbono 5´ de una de las hebras opuesto al carbono 3´ de la hebra complementaria.

Durante la replicación del DNA, cada una de las cadenas se separa sirviendo de molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria, de modo que cada nueva doble hélice contiene una hebra del DNA original y una nueva hebra sintetizada.

RNA

Normalmente el RNA se compone de una cadena de ribonucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Estos ribonucleótidos, a su vez, contienen una ribosa (azúcar pentosa), una de la cuatro bases (A, U, G y C) y un grupo fosfato.

El DNA que controla toda la actividad de la célula emplea de los cuatro tipos de RNA al mRNA (RNA mensajero) para transmitir su mensaje.
Así, si una célula requiere cierta proteína, el gen para ello se activa y se sintetiza en el núcleo el mRNA.
Este mRNA tiene una secuencia complementaria a la del DNA del cual ha sido copiado.
El mRNA atraviesa la membrana nuclear, llega al citoplasma y allí interacciona con los ribosomas y otra maquinaria celular.
Para producir la proteína requerida el mRNA es leído en grupos de tres bases nitrogenadas conocidas como codones, donde cada uno de ellos codifica un único aminoácido.

Otro tipo de RNA, el RNA ribosómico (rRNA) se encarga del alineamiento adecuado entre el mRNA y los ribosomas. También posee una actividad enzimática y cataliza la formación de enlaces peptídicos entre dos aminoácidos alineados.

El RNA de transferencia (tRNA) se ocupa de transportar el aminoácido correcto al lugar de la síntesis proteica. El apareamiento entre bases del tRNA y el mRNA permite que el aminoácido apropiado se inserte en la cadena polipeptídica.

Por último, el microRNA (el más pequeño de todos los tipos de RNA) se ocupa de la regulación de la expresión génica al interferir con la expresión de ciertos mensajes del mRNA.

Por tanto, en un organismo la información pasa del DNA al RNA y de éste a las proteínas. Durante la primera etapa (transcripción), el DNA dicta la estructura del mRNA y durante la segunda (traducción) es el RNA el que dicta la estructura de una proteína concreta.
Todo este proceso se conoce como el dogma central de la biología molecular que es válido para todos los organismos vivos, aunque con excepciones relacionadas con las infecciones víricas.

Fuentes: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.
              https://www.windowssearch-exp.com/images/search?q=Antiparallel+DNA+Replication&view=detailv2&&id=CE5B36CC30
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              21d91de6e5ee9db88b338c5b77e9aH0&ajaxhist=0
              http://www.scienceprofonline.com/genetics/ribonucleic-acid-rna-structure-and-function.html
              http://guia.bio.br/tag/purinas/
              http://www.discoveryandinnovation.com/BIOL202/notes/lecture12.html
              http://www.ib.bioninja.com.au/standard-level/topic-3-chemicals-of-life/35-transcription-and-transl.html
              http://thelessonlocker.com/kvhs/biology/biology.html