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Ácidos Nucleicos

Composición y naturaleza química, Secuenciación y función genética, Ácido desoxirribonucleico, Ácido ribonucleico, Síntesis de proteínas, lípidos, micelas.

ÁCIDOS NUCLEICOS

Paralelamente a la investigación de los misterios del átomo por parte de los físicos, los bioquímicos y especialistas en genética han ido ahondando en los secretos de la materia viva hasta descubrir que la actividad de ésta se halla regida por moléculas extraordinariamente complejas en su estructura y notables por sus propiedades: los ácidos nucleicos, que constituyen la base de la herencia biológica.

Los ácidos nucleicos son las sustancias responsables de la herencia biológica: las moléculas que rigen la actividad de la materia viva, tanto en el espacio (coordinando y dirigiendo la química celular a través de la síntesis de proteínas) como en el tiempo (transmitiendo
los caracteres biológicos de una generación a otra en los procesos reproductivos).

Composición y naturaleza química

Aunque ya en el segundo tercio del siglo XIX el científico suizo Friedrich Miescher aisló una sustancia procedente de los núcleos celulares a la que denominó nucleína, y a la que más tarde se designaría como ácido nucleico por su fuerte grado de acidez, hasta bien entrado el siglo XX no se demostró que dicha sustancia era en realidad el soporte de la herencia de los caracteres en los seres vivos. En 1944, los experimentos de Oswald Theodore Avery, Coli M. MacLeod y Maclyn McCarty determinaron de forma concluyente que uno de los ácidos nucleicos, el ADN o ácido desoxirribonucleico, podía transferir una característica biológica de una bacteria (en concreto, un neumococo) a otra, que antes de la transmisión carecía de ella por completo.

Posteriormente, en 1954, James Dewey Watson y Francis Harry Compton Crick propusieron la que se convertiría en célebre estructura de doble hélice para explicar la disposición de los átomos en la molécula de ADN. A principios de la década de 1960, los franceses François Jacob y Jacques Monod postularon el posible papel de otro ácido nucleico, el llamado ácido ribonucleico mensajero (ARNm) en la célula como transmisor y ejecutor de las instrucciones contenidas en el ADN.

Los ácidos nucleicos son largas y complejas moléculas de elevado peso molecular constituidas por cadenas de unidades denominadas mononucleótidos. Éstos se componen de un carbohidrato o azúcar de cinco átomos de carbono (una pentosa) de estructura cíclica pentagonal al cual se une por uno de sus extremos una molécula de ácido fosfórico y por el otro una base nitrogenada también de estructura cerrada, bien púrica (que tiene dos anillos con varios átomos de nitrógeno unidos al esqueleto carbonado), bien pirimidínica (que consta de un solo anillo hexagonal en el que se insertan átomos de nitrógeno, oxígeno y, en algún caso, un radical metilo, -CH3). Los componentes variables en los mononucleótidos son las bases, de las cuales hay cinco tipos posibles -dos púricas, la adenina y la guanina, y tres pirimidínicas, la citosina, el uracilo y la timina- y en esta variabilidad reside el carácter “informativo” de los ácidos nucleicos y su funcionalidad como moléculas codificadoras de información biológica.

El azúcar o pentosa puede ser de dos clases: bien en forma de ribosa desoxigenada o desoxirribosa, que es la que constituye el esqueleto del ADN, bien en su variedad normal, conocida simplemente como ribosa, propia del ARN. En el primer caso se originan desoxirribonucleótidos y en el segundo ribonucleótidos.

Los mononucleótidos se unen entre sí para componer, como ya se ha dicho, largas cadenas de centenares o millares de unidades que se disponen en forma de estructuras filamentosas helicoidales, de doble hélice en el caso del ADN y de hélice simple en el ARN. El borde de cada hélice, por así decirlo, lo integran las pentosas, engarzadas unas con otras mediante los restos de ácido fosfórico, mientras que el contacto entre una hélice y otra se efectúa por el establecimiento de enlaces por parte de las bases nitrogenadas, obedeciendo a determinadas leyes bioquímicas. Cada enlace es, pues, el resultado de la interacción entre un par de bases, cada una de éstas correspondiente a una de las hélices. El acoplamiento de las bases no es arbitrario y responde a requerimientos espaciales, químicos y estructurales muy precisos. Siempre se emparejan una base púrica y una pirimidínica, la adenina siempre con la timina o con el uracilo y la guanina con la citosina.

Secuenciación y función genética

La secuencia de los ácidos nucleicos es específica y característica de cada ser vivo. En dicha secuencia radican en último término la individualidad y las diferencias existentes entre los organismos. Estas cinco bases, combinadas en toda la gama de secuenciaciones imaginables, con repeticiones y sin ellas, y sin límite teórico de longitud, dan lugar a una serie infinita de cadenas distintas posibles. Las cadenas se representan por las iniciales mayúsculas de cada base en el orden de secuencia característico, como por ejemplo:

AATCAGCTTTACGC. Lógicamente, tal representación corresponde a una de las hélices; la de la otra hélice será complementaria teniendo en cuenta los emparejamientos que más arriba se han indicado (adenina, A, con timina, T, y guanina, G, con citosina, C, por lo que respecta al ADN. Así, en el ejemplo propuesto, la complementaria sería: TTAGTCGAAATGCG.

La composición anteriormente detallada es universal y válida para todos los seres vivos, desde los virus hasta el hombre, lo que refleja un hecho importante: la unidad básica de la estructura de la vida sobre la Tierra. En los virus, el ácido nucleico se sitúa en el interior, protegido por una envoltura proteica o cápsida. En organismos unicelulares, es decir, que carecen de núcleo o que lo presentan difuso, sin membrana nuclear, caso de las bacterias, el ADN forma una única estructura circular que constituye el cromosoma bacteriano.

En los eucariotas, que ya disponen de núcleo protegido por envoltura propia, como las plantas y los animales, el ADN se encuentra encerrado en aquél como una sustancia difusa en la que también hay unas proteínas básicas llamadas histonas: es lo que se conoce como
cromatina.

Antes de que se produzca la división celular, la cromatina se fragmenta en una serie de unidades o cromosomas, cuyo número es constante para cada especie. En tales cromosomas se hallan los genes, conjuntos más o menos grandes de nucleótidos dispuestos según una secuencia dada que codifican la información precisa para un determinado carácter biológico.

Ácido desoxirribonucleico

El ADN, ácido desoxirribonucleico, está formado por la pentosa desoxirribosa, el ácido fosfórico y las bases citosina, timina, adenina y guanina. Es la sustancia responsable de la herencia biológica en todos los seres vivos, a excepción de muchos virus, en los que este papel lo desempeña el ARN.

En el período denominado interfase, inmediatamente anterior a la división celular, el ADN experimenta el proceso conocido como autoduplicación por el cual las moléculas de este ácido se duplican de forma que, más tarde, al formarse las dos células hijas a partir de una
única célula madre, cada una de aquéllas pueda recibir la totalidad del material genético. En la autoduplicación, la doble hélice se abre y cada una de las dos hebras que la componen se separa y se sintetiza, gracias a la intervención de diferentes enzimas, la hebra complementaria.

Ácido ribonucleico

El ARN es el ácido ribonucleico, constituido por la pentosa ribosa, el ácido fosfórico y las bases citosina, uracilo (en ésta difiere del ADN), adenina y guanina. Se compone de una sola cadena helicoidal y presenta tres clases, cada una de las cuales cumple una función específica en la célula: el llamado ARN mensajero (ARNm), sintetizado por la acción de diversas enzimas a partir de un hebra de ADN que le sirve de patrón, en el proceso conocido como transcripción; el ARN ribosómico, componente esencial, junto con las proteínas, de los orgánulos celulares llamados ribosomas; y el ARN de transferencia, que traslada los diversos aminoácidos (unidades estructurales de las proteínas) hasta el lugar donde se está sintetizando una molécula proteínica bajo la dirección de un ARNm y los inserta en el punto preciso para obtener la secuencia exacta, proceso denominado traducción.

Síntesis de proteínas

La síntesis de proteínas o traducción es el proceso en función del cual se forman las secuencias de aminoácidos que constituyen las proteínas a partir de una secuencia correlativa expresada por el ARN mensajero en un lenguaje de bases nitrogenadas. Así, por ejemplo, de un fragmento de ADN dado que contiene la información precisa para que se forme una proteína concreta se obtiene una copia, la cual es el ARNm que guiará directamente el proceso de traducción. Al ARNm se unen varios ribosomas, que al desplazarse a lo largo de aquél efectuarán un auténtico proceso de “lectura química”.

Cada tres bases del ARNm, como por ejemplo GCC, corresponden en el lenguaje nucleotídico a un aminoácido dado, en este caso la alanina. El ribosoma reconoce por medios químicos el carácter de dicho triplete (designado como codón en genética) y un ARN de transferencia lleva hasta él el aminoácido alanina. Así se va formando poco a poco la secuencia que dará lugar a la proteína. Cada aminoácido tiene su codificación correspondiente, por lo general de varios codones; también hay tripletes que indican la señal de terminación.

El código genético representa, pues, en escala molecular, un auténtico lenguaje del que se sirve la célula para crecer y reproducirse, lo cual es posible gracias a los ácidos nucleicos.

LÍPIDOS

El diversificado grupo de sustancias orgánicas conocidas como lípidos tiene una fundamental importancia en el metabolismo de los organismos vivos. En éstos, los lípidos pueden presentarse como sustancias de reserva de composición variable en función de factores tales como la alimentación o el clima, o bien en forma de grasas protoplasmáticas, que presentan una estructura molecular fija en cada especie y en cada ubicación dentro de un organismo.

Los lípidos son biomoléculas orgánicas que pueden extraerse de los tejidos mediante disolventes no polares del tipo del éter, el cloroformo o el benceno. Algunas sustancias clasificadas como lípidos poseen una intensa actividad biológica. Entre ellas se encuentran algunas hormonas y vitaminas. Otras veces los lípidos se encuentran asociados por enlaces covalentes -en los que se comparten pares de electrones de los átomos unidos- o mediante enlaces débiles con algunas biomoléculas, para constituir los llamados glucolípidos, que contienen glúcidos y lípidos, y las lipoproteínas, formadas por proteínas y lípidos.

Características y ordenación

Las propiedades de los lípidos derivan de la naturaleza hidrocarbonada de la porción principal de su estructura. Aunque muy variable por lo heterogéneo del grupo, los lípidos presentan como características comunes una relativa insolubilidad en agua y, por contra, un grado notable de solubilidad en los mencionados disolventes apolares. Por otra parte, es también rasgo común el hecho de que forman parte o se derivan de la materia viva. Entre sus principales funciones biológicas cabe citar su intervención en la composición de las membranas celulares, de las formas orgánicas de transporte y almacenamiento, de la cubierta protectora superficial de numerosos organismos y de la superficie de las células relacionadas con el reconocimiento de diversos estímulos biológicos.

A pesar de las diferentes ordenaciones de las que han sido objeto, los lípidos suelen diferenciarse en función de las distintas estructuras de sus esqueletos moleculares.

Desde este punto de vista, los lípidos se clasifican en dos grandes grupos: el de los simples, que son aquéllos cuya molécula obtenida por análisis elemental sólo presenta átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno, y el de los complejos, que incluyen en sus radicales otros elementos no metálicos como el fósforo o el nitrógeno.

Lípidos simples

En cuanto se refiere a su composición química, los lípidos simples son ésteres de los ácidos grasos superiores con la glicerina, es decir, compuestos en los que se enlazan los hidrógenos del grupo carboxilo, -COOH, de los ácidos con los grupos hidroxilo, -OH, de la

glicerina. Se denominan genéricamente glicéridos (los más abundantes son los triglicéridos simples) y, en estado natural, suelen ser formas mixtas constituidas por varios ácidos grasos diferentes.

El estado sólido o líquido de los triglicéridos a temperatura ambiente establece la correspondiente distinción entre grasas y aceites.

Lípidos complejos

El grupo de los lípidos complejos engloba numerosas categorías de sustancias grasas de todo tipo. Se distinguen así, por ejemplo, las ceras, ésteres de ácidos grasos con alcoholes monovalentes de elevado peso molecular. Son sustancias sólidas que, por su consistencia y su prácticamente total insolubilidad en agua, actúan como impermeabilizantes de la piel. Entre las ceras naturales cabe mencionar el espermaceti, la lanolina, la cera de abeja y la cera carnauba.

Otro gran grupo de lípidos complejos lo constituyen los fosfolípidos, así llamados debido a que su hidrólisis da lugar, entre otros productos, a fosfatos inorgánicos.
Desde el punto de vista fisiológico, entre los más importantes fosfolípidos cabe mencionar las lecitinas, abundantes en las semillas de algunos vegetales, en la yema de huevo y en el tejido cerebral de numerosos vertebrados superiores, y las cefalinas y esfingomielinas, contenidas respectivamente en los tejidos cerebral y nervioso.

La sustitución en la estructura molecular del ácido fosfórico por un carbohidrato, que suele ser la galactosa, es la característica que define a otro grupo de lípidos complejos, el de los glucolípidos o cerebrósidos. Tales principios se hallan principalmente contenidos en la sustancia blanca del cerebro y en otros tejidos del sistema nervioso. Cabe citar entre los principales la cerebrona y la nervona.

Por último, ha de diferenciarse el conjunto de los isoprenoides, derivados del isopreno biológico. En este gran grupo se encuadran sustancias de gran interés biológico, tales como los terpenos, en su mayoría de origen vegetal y constituidos por un número de unidades isoprénicas que oscila entre dos y seis, y los carotenoides o lipocromos, pigmentos celulares de animales y vegetales.

También son isoprenoides las esterinas o esteroides, sustancias entre las que se cuentan gran número de hormonas como los estrógenos o los progestágenos, los ácidos biliares, y los corticosteroides segregados por las cápsulas suprerrenales y que constituyen, por otra parte, un grupo básico de medicamentos en el ámbito de la terapéutica.

ESTEROIDES. Sustancias químicas, naturales o sintéticas, compuestas por cadenas de 17 carbonos en cuatro anillos cíclicos. Incluyen las hormonas adrenocorticales y sexuales, los ácidos biliares y los anticonceptivos orales. De gran importancia en medicina y biología.

COLESTEROL. Lípido complejo elaborado principalmente por el hígado. Participa en la formación de las hormonas sexuales, los corticosteroides y los ácidos biliares. Su acumulación excesiva ha sido vinculada a
padecimientos cardiacos.

WINDAUS, ADOLF (1876-1959). Químico alemán. Por sus estudios de la composición de las esterinas y sus relaciones con la vitamina D, recibió el Premio Nobel de química de 1928. Obtuvo la vitamina D cristalizada, irradiando el ergosterol. Esta fue la primera vitamina aislada en forma pura. Sintetizó la histamina y contribuyó al conocimiento de los ácidos biliares.

MICELAS

La posibilidad de que determinadas sustancias formen partículas en dispersión que puedan presentar estados sólido, líquido o gaseoso determina la existencia de un estado físico de agregación al que se denomina coloidal. En tal categoría se hallan incluidas sustancias de naturaleza tan dispar como la niebla, el humo, todo tipo de espumas, e incluso productos tales como el queso o la pasta dentífrica.

Una sustancia coloidal está compuesta por partículas no perceptibles a simple vista, aunque de tamaño muy superior al de los átomos y moléculas comunes, cuyas dimensiones oscilan entre 0,001 y 10 micras (una micra equivale a una millonésima parte de un metro). A tales partículas se les aplica la denominación genérica de micelas.


Sección de Preguntas y Respuestas

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preguntada hace 2 semanas por Christian Ossa
actualizada hace 2 semanas por Cristian
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preguntada hace 2 semanas por Christian Ossa
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Categoría: Matemáticas

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escrito por:

Elioni Jazer Angeles

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