Ácidos nucleicos

Ácidos nucleicos se componen de una serie de nucleótidos individuales para formar macromoléculas y, como componente principal de los genes en el núcleo celular, son los portadores de información genética y catalizan muchas reacciones bioquímicas.

Cada uno de los nucleótidos individuales consta de un fosfato y un componente de nucleobase, así como la molécula del anillo de pentosa, ribosa o desoxirribosa. La eficacia bioquímica de los ácidos nucleicos se basa no solo en su composición química, sino también en su estructura secundaria, en su disposición tridimensional.

¿Qué son los ácidos nucleicos?

Los componentes básicos de los ácidos nucleicos son nucleótidos individuales, cada uno compuesto por un residuo de fosfato, el monosacárido ribosa o desoxirribosa, cada uno con 5 átomos de C dispuestos en un anillo y una de las cinco posibles bases nucleicas. Las cinco nucleobases posibles son adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) y uracilo (U).

Los nucleótidos que contienen desoxirribosa como componente de azúcar se unen para formar ácidos desoxirribonucleicos (ADN) y los nucleótidos con ribosa como componente de azúcar se acumulan en ácidos ribonucleicos (ARN). El uracilo como base nucleica se encuentra exclusivamente en el ARN. El uracilo reemplaza a la timina allí, que solo se encuentra en el ADN. Esto significa que solo 4 nucleótidos diferentes están disponibles para la estructura del ADN y el ARN.

En el uso en inglés e internacional, así como en los artículos técnicos alemanes, las abreviaturas ADN (ácido desoxirribonucleico) se usan generalmente en lugar de DNS y ARN (ácido ribonucleico) en lugar de ARN. Además de los ácidos nucleicos de origen natural en forma de ADN o ARN, en química se están desarrollando ácidos nucleicos sintéticos que, como catalizadores, permiten determinados procesos químicos.

Anatomía y estructura

Los ácidos nucleicos consisten en una cadena de una gran cantidad de nucleótidos. Un nucleótido siempre está compuesto por la desoxirribosa monoazúcar en forma de anillo en el caso del ADN o de ribosa en el caso del ARN, así como un residuo de fosfato y una parte de nucleobase. La ribosa y la desoxirribosa solo se diferencian en que en la desoxirribosa un grupo OH se transforma en un ion H mediante reducción, es decir, mediante la adición de un electrón, lo que lo hace químicamente más estable.

Partiendo de la ribosa o desoxirribosa presente en forma de anillo, cada una con 5 átomos de carbono, el grupo nucleobase se conecta al mismo átomo de carbono para cada nucleótido mediante un enlace N-glicosídico. N-glicosídico significa que el correspondiente átomo de carbono del azúcar está conectado al grupo NH2 de la nucleobase. Si designa el átomo de C con el enlace glicosídico como No. 1, entonces, mirando en el sentido de las agujas del reloj, el átomo de C con el No. 3 está conectado al grupo fosfato del siguiente nucleótido a través de un enlace fosfodiéster, y el átomo de C con el No. 5 Esterificado con su propio grupo fosfato. Ambos ácidos nucleicos, ADN y ARN están formados cada uno por nucleótidos puros.

Esto significa que las moléculas de azúcar centrales de los nucleótidos del ADN siempre consisten en desoxirribosa y las del ARN siempre consisten en ribosa. Los nucleótidos de un determinado ácido nucleico difieren solo en el orden de las 4 posibles bases nucleicas. El ADN puede considerarse como bandas delgadas que se retuercen y completan con una contraparte complementaria, de modo que el ADN suele estar presente como una doble hélice. Los pares de bases adenina y timina, así como guanina y citosina, están siempre opuestos entre sí.

Función y tareas

DNS y RNS tienen diferentes tareas y funciones. Si bien el ADN no asume ninguna tarea funcional, el ARN interviene en varios procesos metabólicos. El ADN sirve como un lugar de almacenamiento central para la información genética en cada célula. Contiene las instrucciones de construcción para todo el organismo y las pone a disposición si es necesario.

La estructura de todas las proteínas se almacena en el ADN en forma de secuencias de aminoácidos. En la implementación práctica, la información codificada del ADN primero se "copia" a través del proceso de transcripción y se traduce en la secuencia de aminoácidos correspondiente (transcrita). Todas estas funciones de trabajo complejas necesarias son realizadas por ácidos ribonucleicos especiales. El ARN asume así la tarea de formar una hebra única complementaria al ADN dentro del núcleo celular y transportarlo como ARN ribosómico a través de los poros nucleares fuera del núcleo celular hacia el citoplasma hasta los ribosomas, para ensamblar y sintetizar ciertos aminoácidos en las proteínas deseadas.

El ARNt (ARN de transferencia), que consta de cadenas relativamente cortas de alrededor de 70 a 95 nucleótidos, asume un papel importante. El tRNA tiene una estructura similar a un trébol. Su tarea es absorber los aminoácidos proporcionados según la codificación del ADN y ponerlos a disposición de los ribosomas para la síntesis de proteínas. Algunos tRNA se especializan en ciertos aminoácidos, pero otros tRNA son responsables de varios aminoácidos al mismo tiempo.

Enfermedades

Los complejos procesos relacionados con la división celular, es decir, la replicación de los cromosomas y la traducción del código genético en secuencias de aminoácidos, pueden dar lugar a una serie de disfunciones que se manifiestan en una amplia gama de posibles efectos, desde letales (no viables) hasta apenas perceptibles.

En raros casos excepcionales, las averías aleatorias también pueden conducir a una mejor adaptación del individuo a las condiciones ambientales y, en consecuencia, producir efectos positivos. La replicación del ADN puede provocar cambios espontáneos (mutaciones) en genes individuales (mutación genética) o puede haber un error en la distribución de los cromosomas en las células (mutación genómica). Un ejemplo bien conocido de mutación del genoma es la trisomía 21, también conocida como síndrome de Down.

Las condiciones ambientales desfavorables en forma de una dieta baja en enzimas, situaciones de estrés persistentes, exposición excesiva a la radiación UV facilitan el daño al ADN, lo que puede conducir a un debilitamiento del sistema inmunológico y promover la formación de células cancerosas. Las sustancias tóxicas también pueden afectar las diversas funciones del ARN y provocar daños considerables.