Los ácidos nucleicos
Una gota de saliva, un pelo o una gota de sangre bastan para que un laboratorio, como el del Instituto Nacional de Ciencias Forenses (INACIF) en Santo Domingo, identifique a una persona. Eso es posible porque toda la información de un ser vivo está escrita con un alfabeto de solo cuatro letras, guardado en una molécula que cabe en el núcleo de una célula microscópica. En este apartado verás de qué está hecha esa molécula, cómo se ordenan sus piezas y por qué se puede copiar con tanta fidelidad.
El nucleótido: unidad estructural
Si se rompen con cuidado los ácidos nucleicos en el laboratorio, siempre salen tres tipos de piezas en proporción 1:1:1: ácido fosfórico, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada. ¿Cómo se unen estas tres piezas para formar la unidad básica de los genes?
¿Qué tres componentes forman un nucleótido? Indica en qué se diferencia un nucleótido de ADN de un nucleótido de ARN.
¿Qué tres componentes forman un nucleótido? Indica en qué se diferencia un nucleótido de ADN de un nucleótido de ARN.
Observa el esquema de un nucleótido e identifica las tres estructuras señaladas con los números 1, 2 y 3, indicando el nombre químico de cada una.
Observa el esquema de un nucleótido e identifica las tres estructuras señaladas con los números 1, 2 y 3, indicando el nombre químico de cada una.
Bases nitrogenadas: cuatro letras, dos alfabetos parecidos
Nombra las bases nitrogenadas que aparecen en el ADN y en el ARN, e indica qué base es exclusiva de cada uno de ellos.
Nombra las bases nitrogenadas que aparecen en el ADN y en el ARN, e indica qué base es exclusiva de cada uno de ellos.
La doble hélice y la complementariedad de bases
En 1950, Erwin Chargaff analizó el ADN de muchas especies y halló una pauta universal: siempre el porcentaje de A es igual al de T, y el de G igual al de C. Por ejemplo, en el timo humano: 30.9 % de A, 29.4 % de T, 19.9 % de G y 19.8 % de C. ¿Qué estructura obliga a que dos bases de tamaños distintos aparezcan en proporciones iguales?
Explica las características esenciales del modelo de doble hélice de Watson y Crick: disposición y sentido de las dos cadenas, posición de las bases nitrogenadas y tipo…
Explica las características esenciales del modelo de doble hélice de Watson y Crick: disposición y sentido de las dos cadenas, posición de las bases nitrogenadas y tipo de enlaces que mantienen unida la estructura.
En el fragmento de ADN del esquema solo se muestran las bases de una de las hebras. Escribe las bases que deberían ocupar las posiciones marcadas con ? en la hebra…
En el fragmento de ADN del esquema solo se muestran las bases de una de las hebras. Escribe las bases que deberían ocupar las posiciones marcadas con ? en la hebra complementaria y enuncia la regla que has aplicado.
Si una hebra de ADN tiene la secuencia 5'-ATGCCGTA-3', escribe la secuencia completa de la hebra complementaria indicando su polaridad (extremos 5' y 3') y explica qué…
Si una hebra de ADN tiene la secuencia 5'-ATGCCGTA-3', escribe la secuencia completa de la hebra complementaria indicando su polaridad (extremos 5' y 3') y explica qué significa que las dos hebras son antiparalelas.
En una hebra de una molécula de ADN la adenina supone el $28\ \%$ de las bases y la timina el $12\ \%$. Calcula los porcentajes de cada base nitrogenada en la hebra…
En una hebra de una molécula de ADN la adenina supone el $28\ \%$ de las bases y la timina el $12\ \%$. Calcula los porcentajes de cada base nitrogenada en la hebra complementaria y en la molécula de ADN completa, razonando cada paso a partir de las relaciones de Chargaff y explicando por qué no se puede conocer el reparto entre guanina y citosina dentro de cada hebra por separado.
ADN y ARN: dos moléculas, funciones distintas
El ADN guarda la información; el ARN la usa. Compara su forma y su composición.
| ADN | ARN | |
|---|---|---|
| Pentosa | Desoxirribosa | Ribosa (–OH extra en C2') |
| Bases | A, G, C, T | A, G, C, U |
| Cadenas | Doble (antiparalela) | Sencilla (casi siempre) |
| Localización en eucariotas | Núcleo, mitocondrias y cloroplastos | Núcleo y citoplasma |
| Función | Almacenar la información genética | Ayudar a expresarla (producir proteínas) |
En un laboratorio se purifican tres muestras desconocidas de ácidos nucleicos (A, B y C) a partir de fracciones subcelulares de un eucariota y de un virus animal:…
En un laboratorio se purifican tres muestras desconocidas de ácidos nucleicos (A, B y C) a partir de fracciones subcelulares de un eucariota y de un virus animal:
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Muestra A: Se hidroliza rápidamente en medio alcalino (pH básico). Contiene una pentosa con un grupo hidroxilo en el carbono 2' y las bases A, G, C y U. Se aísla del núcleo, del citosol y unida a la membrana del retículo endoplasmático rugoso.
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Muestra B: Es resistente a la hidrólisis alcalina; contiene timina y la relación $(\text{A}+\text{G})/(\text{T}+\text{C})$ es exactamente igual a $1.0$. Se aísla tanto del interior del núcleo como de la matriz de las mitocondrias.
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Muestra C: Procede del virus. Contiene desoxirribosa y timina, pero su análisis de bases arroja un $34\ \%$ de A, un $18\ \%$ de T, un $28\ \%$ de G y un $20\ \%$ de C.
- a) Identifica razonadamente qué tipo de ácido nucleico (ADN o ARN) es cada muestra a partir de su composición química (azúcar y bases) y su reactividad.
- b) Interpreta la estructura espacial de las muestras B y C: explica por qué la muestra B cumple las reglas de Chargaff y la C no, indicando si cada una es monocatenaria o bicatenaria.
- c) Compara la localización y la función de la muestra B con los tres tipos principales en que se organiza funcionalmente la muestra A dentro de la célula eucariota.
Los ácidos nucleicos en la célula
Hasta aquí has visto la molécula. Pero ¿dónde está dentro de la célula? Para responder, repasa cómo se organiza la materia viva.
Las células son de dos tipos. En la célula procariota (bacterias) el ADN está libre en el citoplasma, en una zona llamada nucleoide, sin membrana que lo rodee. En la célula eucariota (animales, plantas, hongos y protistas) el ADN está dentro del núcleo, rodeado por una membrana. Los organelos son las estructuras internas de la célula con una función propia, y varios de ellos tienen que ver con los ácidos nucleicos:
| Organelo | Ácido nucleico que contiene o usa |
|---|---|
| Núcleo | ADN (casi todo el material genético) y ARN recién sintetizado |
| Mitocondria | Su propio ADN pequeño y ribosomas |
| Cloroplasto (solo en células vegetales) | Su propio ADN pequeño y ribosomas |
| Ribosoma | ARN ribosómico (ARNr), donde se fabrican las proteínas |
| Retículo endoplasmático rugoso | Lleva ribosomas pegados, que trabajan con ARNm |
Para ver estas estructuras se usa el microscopio. Con el óptico (aumento total = aumento del ocular × aumento del objetivo; por ejemplo, 10× · 40× = 400×) se observa el núcleo teñido con azul de metileno en una célula de cebolla o de mejilla. Los ribosomas y el interior de las mitocondrias solo se distinguen con el microscopio electrónico.
En el marco de la astrobiología se analiza un polímero informativo aislado de un meteorito. El compuesto es un ácido nucleico bicatenario de desoxirribonucleótidos…
En el marco de la astrobiología se analiza un polímero informativo aislado de un meteorito. El compuesto es un ácido nucleico bicatenario de desoxirribonucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Uno de los científicos propone que esta molécula podría haber originado por sí sola un metabolismo primitivo extraterrestre, actuando de forma simultánea como depósito genético y como catalizador metabólico primigenio, análogamente a la hipótesis terrestre del «mundo de ARN».
- a) Rebate la propuesta del científico: justifica, basándote en las diferencias moleculares entre el ARN y el ADN (presencia del grupo 2'-OH en la ribosa y estructura monocatenaria frente a bicatenaria), por qué este ADN bicatenario es mucho menos apto que el ARN para adoptar conformaciones con actividad catalítica (como las ribozimas).
- b) Explica por qué el descubrimiento de que el ARN posee actividad enzimática resolvió la paradoja clásica del origen de la vida sobre qué macromolécula surgió primero (ácidos nucleicos o proteínas).
- c) Si el ARN presenta mayor versatilidad funcional, razona qué ventajas evolutivas aportó el ADN bicatenario para que la selección natural lo fijara como el material genético universal de los seres vivos celulares.
Enlace fosfodiéster y funciones de los ARN
Dentro de cada cadena, los nucleótidos se unen por enlaces fosfodiéster 3′–5′: un fosfato conecta el carbono 3′ de una pentosa con el carbono 5′ de la siguiente. Son enlaces fuertes (covalentes) y forman el esqueleto de la cadena. No los confundas con los puentes de hidrógeno, que son débiles y unen las bases de hebras distintas.
Esa diferencia tiene sentido: al ser débiles, los puentes de hidrógeno permiten separar las hebras para copiar el ADN sin romper la cadena.
Los ARN se clasifican por su función: el ARNm lleva la secuencia que se traducirá en una proteína; el ARNt transporta aminoácidos; el ARNr forma parte de los ribosomas.