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Las biomoléculas · Bioelementos y biomoléculas

Los ácidos nucleicos

Toda la información necesaria para construir y mantener un ser vivo está escrita con un alfabeto de solo cuatro letras, repetido miles de millones de veces en una molécula que cabe en el núcleo de una célula microscópica. Piensa en un batido de fresa del food truck de tu escuela: cada fresa está hecha de células, y cada célula guarda ese alfabeto. Esta sección explica la unidad química de ese alfabeto, el nucleótido, y cómo su disposición en una doble hélice complementaria hace posible copiar y transmitir esa información con una fidelidad extraordinaria.

El nucleótido: unidad estructural

Al someter ácidos nucleicos purificados a hidrólisis química suave en el lab, se obtienen siempre tres productos en una estricta proporción molar 1:1:1: ácido fosfórico, un azúcar de cinco carbonos y bases heterocíclicas nitrogenadas. ¿Cómo se ensamblan estas tres piezas químicas sencillas para constituir la unidad fundamental de los genes?

Nucleótido de adenina: un grupo fosfato unido al carbono 5' de la pentosa, que es un anillo de cinco vértices con un oxígeno y cuatro carbonos, y la base nitrogenada adenina unida al carbono 1'. En el carbono 2' hay un –OH en la ribosa del ARN y solo un –H en la desoxirribosa del ADN. P O O⁻ O⁻ O grupo fosfato CH₂ 5' O pentosa 1' 2' 3' 4' OH OH C2' con –OH → ribosa (ARN) C2' con –H → desoxirribosa (ADN) N N N N NH₂ base nitrogenada (adenina) fosfato — pentosa — base: un nucleótido
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¿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.

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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.

P 1 2 3
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Bases nitrogenadas: cuatro letras, dos alfabetos parecidos

Comparación de las bases nitrogenadas: las púricas (adenina y guanina) tienen un anillo doble, un hexágono unido a un pentágono, y las pirimidínicas (citosina, timina y uracilo) tienen un solo anillo hexagonal; se marcan los átomos de nitrógeno de cada anillo. Púricas anillo doble de purina (6 + 5) N N N N adenina (A) guanina (G) Pirimidínicas anillo sencillo de pirimidina (6) N N citosina (C) timina (T) · en ADN uracilo (U) · en ARN átomo de nitrógeno; los demás vértices son carbonos
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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.

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La doble hélice y la complementariedad de bases

En 1950, Erwin Chargaff analizó el ADN de distintas especies y descubrió una pauta universal asombrosa: en todas las muestras se cumplía siempre que $\%\text{A} = \%\text{T}$ y $\%\text{G} = \%\text{C}$ (por ejemplo, en el timo humano: $30.9\%\text{ A}$, $29.4\%\text{ T}$, $19.9\%\text{ G}$ y $19.8\%\text{ C}$). ¿Qué arquitectura geométrica tridimensional obliga a que dos bases de tamaños tan dispares aparezcan siempre en proporciones idénticas?

Doble hélice del ADN: dos cadenas antiparalelas enrolladas sobre un eje común, con el esqueleto de pentosa-fosfato por fuera y los pares de bases por dentro, y un recuadro con los pares complementarios A-T (dos puentes de hidrógeno) y G-C (tres). eje 5' 3' 5' 3' 2 nm Cadenas antiparalelas flechas: sentido 5'→3' Bases nitrogenadas (hacia el interior) Esqueleto de pentosa-fosfato (hacia el exterior) Pares complementarios purina pirimidina 2 anillos 1 anillo A T A–T: 2 puentes de hidrógeno G C G–C: 3 puentes de hidrógeno
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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.

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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 aplicaste.

A T G C ? ? ? ? hebra 1 hebra 2
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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.

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En una hebra de una molécula de ADN la adenina representa 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 representa 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.

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ADN y ARN: dos moléculas, funciones distintas

Comparación de ADN y ARN: el ADN como doble hélice de dos cadenas antiparalelas unidas por pares de bases, y el ARN como una única cadena plegada sobre sí misma en dos horquillas con tramos apareados. ADN doble cadena · almacena ARN cadena sencilla · expresa 5′ 3′ 3′ 5′ 5′ 3′
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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:

  • 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.

  • 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.

  • 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.

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
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Enlace fosfodiéster, polaridad y funciones de los ARN

Dentro de cada cadena, los nucleótidos se unen mediante enlaces fosfodiéster 3′–5′: el fosfato conecta el OH del carbono 3′ de una pentosa con el carbono 5′ de la siguiente. No debe confundirse con los puentes de hidrógeno que emparejan bases de hebras distintas.

Fragmento de ADN de doble hebra: dentro de cada hebra, pentosa y fosfato se unen por enlaces fosfodiéster 3′–5′ covalentes; entre hebras antiparalelas, las bases se emparejan por puentes de hidrógeno, dos en A–T y tres en G–C. A T C G P P P P OH OH 3′ 5′ 5′ 3′ 3′ 5′ bases nitrogenadas puentes de hidrógeno entre bases de hebras distintas enlace fosfodiéster 3′–5′ (covalente) fosfato pentosa Hebras antiparalelas: una va 5′→3′ y la otra 3′→5′ enlace fosfodiéster (covalente) puente de hidrógeno

Resumen

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