Ácido nucleico
Definición
Un ácido nucleico es una cadena de nucleótidos que almacena información genética en sistemas biológicos. Crea ADN y ARN, que almacenan la información que necesitan las células para crear proteínas. Esta información se almacena en múltiples conjuntos de tres nucleótidos, conocidos como codones.
Cómo actúan los ácidos nucleicos
El nombre proviene del hecho de que estas moléculas son ácidos, es decir, son buenas para donar protones y aceptar pares de electrones en reacciones químicas, y el hecho de que se descubrieron por primera vez en los núcleos de nuestras células.
Por lo general, un ácido nucleico es una molécula grande formada por una cadena o «polímero» de unidades llamadas » nucleótidos «. Toda la vida en la Tierra utiliza ácidos nucleicos como medio para registrar información hereditaria, es decir, los ácidos nucleicos son los discos duros que contienen el modelo esencial o el «código fuente» para crear células.
Durante muchos años, los científicos se preguntaron cómo los seres vivos «sabían» cómo producir todos los materiales complejos que necesitan para crecer y sobrevivir, y cómo transmitían sus rasgos a sus descendientes.
Los científicos finalmente encontraron la respuesta en forma de ADN, ácido desoxirribonucleico, una molécula ubicada en el núcleo de las células, que se transmitía de las células madre a las células «hijas».
Cuando el ADN se dañó o se transmitió incorrectamente, los científicos descubrieron que las células no funcionaban correctamente. El daño al ADN haría que las células y los organismos se desarrollaran incorrectamente, o que sufrieran daños tan graves que simplemente murieran.
Experimentos posteriores revelaron que otro tipo de ácido nucleico, el ARN o ácido ribonucleico, actuaba como un » mensajero » que podía transportar copias de las instrucciones que se encuentran en el ADN. El ácido ribonucleico también se utilizó para transmitir instrucciones de generación en generación por parte de algunos virus.
Función de los ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos almacenan información como el código de computadora
Con mucho, la función más importante de los ácidos nucleicos para los seres vivos es su papel como portadores de información.
Debido a que los ácidos nucleicos se pueden crear con cuatro «bases» y debido a que las «reglas de emparejamiento de bases» permiten que la información se «copie» utilizando una hebra de ácidos nucleicos como plantilla para crear otra, estas moléculas pueden contener y copiar información.
Para comprender este proceso, puede resultar útil comparar el código de ADN con el código binario utilizado por las computadoras. Los dos códigos son muy diferentes en sus detalles, pero el principio es el mismo. Así como su computadora puede crear realidades virtuales completas simplemente leyendo cadenas de 1 y 0, las células pueden crear organismos vivos completos leyendo cadenas de los cuatro pares de bases de ADN.
Como puede imaginar, sin código binario, no tendría computadora ni programas de computadora. De la misma manera, los organismos vivos necesitan copias intactas de su “código fuente” de ADN para funcionar.
Los paralelismos entre el código genético y el código binario incluso han llevado a algunos científicos a proponer la creación de «computadoras genéticas», que podrían almacenar información de manera mucho más eficiente que los discos duros basados en silicio. Sin embargo, a medida que nuestra capacidad para registrar información en silicio ha avanzado, se ha prestado poca atención a la investigación de «computadoras genéticas».
Protección de la información
Debido a que el código fuente del ADN es tan vital para una célula como lo es su sistema operativo para su computadora, el ADN debe protegerse de posibles daños. Para transportar las instrucciones del ADN a otras partes de la célula, se hacen copias de su información utilizando otro tipo de ácido nucleico: ARN.
Son estas copias de ARN de información genética las que se envían fuera del núcleo y alrededor de la célula para ser utilizadas como instrucciones por la maquinaria celular.
Las células también usan ácidos nucleicos para otros fines. Los ribosomas, las máquinas celulares que producen proteínas, y algunas enzimas están hechas de ARN.
El ADN utiliza el ARN como una especie de mecanismo protector, que separa el ADN del entorno caótico del citoplasma. Dentro del núcleo, el ADN está protegido. Fuera del núcleo, los movimientos de orgánulos, vesículas y otros componentes celulares podrían dañar fácilmente las largas y complejas cadenas de ADN.
El hecho de que el ARN pueda actuar como material hereditario y como enzima refuerza la idea de que la primera vida podría haber sido una molécula de ARN autorreplicante y autocatalizante.
Ejemplos de ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos más comunes en la naturaleza son el ADN y el ARN. Estas moléculas forman la base de la mayor parte de la vida en la Tierra y almacenan la información necesaria para crear proteínas que, a su vez, completan las funciones necesarias para que las células sobrevivan y se reproduzcan. Sin embargo, el ADN y el ARN no son los únicos ácidos nucleicos. Sin embargo, también se han creado ácidos nucleicos artificiales. Estas moléculas funcionan de la misma manera que los ácidos nucleicos naturales, pero pueden cumplir una función similar. De hecho, los científicos están utilizando estas moléculas para construir la base de una «forma de vida artificial», que podría mantener el ácido nucleico artificial y extraer información de él para construir nuevas proteínas y sobrevivir.
En términos generales, los propios ácidos nucleicos difieren en cada organismo en función de la secuencia de nucleótidos dentro del ácido nucleico. Esta secuencia es «leída» por la maquinaria celular para conectar los aminoácidos en la secuencia correcta, construyendo moléculas de proteínas complejas con funciones específicas.
Ácidos nucleicos y genética
El código genético
Hoy en día, los científicos saben que el código fuente de las células está literalmente escrito en ácidos nucleicos. La ingeniería genética cambia los rasgos de los organismos al agregar, eliminar o reescribir partes de su ADN y, posteriormente, cambiar las «partes» que producen las células.
Un “programador” genético suficientemente capacitado puede crear las instrucciones para una célula viva desde cero utilizando el código de ácido nucleico. Los científicos hicieron exactamente eso en 2010, utilizando un sintetizador de ADN artificial para «escribir» un genoma desde cero utilizando fragmentos de código fuente tomados de otras células.
Todas las células vivas de la Tierra «leen» y «escriben» sus códigos fuente en casi exactamente el mismo «idioma» utilizando ácidos nucleicos. Conjuntos de tres nucleótidos, llamados codones, pueden codificar cualquier aminoácido dado, o para detener o comenzar la producción de proteínas.
Otras propiedades de los ácidos nucleicos pueden influir en la expresión del ADN de formas más sutiles, como pegarse entre sí y dificultar el acceso de las enzimas de transcripción al código que almacenan.
El hecho de que todas las células vivas de la Tierra «hablen» casi el mismo «lenguaje» genético apoya la idea de un ancestro común universal, es decir, la idea de que toda la vida en la Tierra hoy comenzó con una sola célula primordial cuyos descendientes evolucionaron para dar lugar a todas las especies vivientes modernas.
Desde una perspectiva química, los nucleótidos que se unen para crear ácidos nucleicos consisten en un azúcar de cinco carbonos, un grupo fosfato y una base que contiene nitrógeno. La siguiente imagen muestra dibujos estructurales de los cuatro ADN y las cuatro bases nitrogenadas de ARN utilizadas por los seres vivos en la Tierra en sus ácidos nucleicos.
También muestra cómo las «cadenas principales» de azúcar-fosfato se unen en un ángulo que crea una hélice, o una doble hélice en el caso del ADN, cuando varios ácidos nucleicos se unen en una sola molécula:
Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos
El ADN y el ARN son polímeros hechos de nucleótidos individuales. El término «polímero» proviene de «poli» para «muchos» y «mer» para partes, refiriéndose al hecho de que cada ácido nucleico está hecho de muchos nucleótidos.
Debido a que los ácidos nucleicos se pueden producir de forma natural al hacer reaccionar ingredientes inorgánicos juntos, y debido a que posiblemente son el ingrediente más esencial para la vida en la Tierra, algunos científicos creen que la primera «vida» en la Tierra puede haber sido una secuencia de aminoácidos autorreplicante. que fue creado por reacciones químicas naturales.
Se han encontrado ácidos nucleicos en meteoritos del espacio, lo que demuestra que estas moléculas complejas pueden formarse por causas naturales incluso en entornos donde no hay vida.
Algunos científicos incluso han sugerido que tales meteoritos pueden haber ayudado a crear la primera “vida” de ácido nucleico autorreplicante en la Tierra. Esto parece posible, pero no hay pruebas firmes para decir si es cierto.
Estructura de ácido nucleico
Debido a que los ácidos nucleicos pueden formar polímeros enormes que pueden adoptar muchas formas, hay varias formas de discutir la «estructura del ácido nucleico». Puede significar algo tan simple como la secuencia de nucleótidos en un fragmento de ADN; o algo tan complejo como la forma en que la molécula de ADN se pliega y cómo interactúa con otras moléculas. Los ácidos nucleicos se forman principalmente con los elementos carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y fósforo.
Monómero de ácidos nucleicos
Los nucleótidos son los monómeros individuales de un ácido nucleico. Estas moléculas son bastante complejas y constan de una base nitrogenada más una «columna vertebral» de azúcar y fosfato. Hay cuatro tipos básicos de nucleótidos, adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).
Cuando nuestras células unen nucleótidos para formar los polímeros llamados ácidos nucleicos, los une reemplazando la molécula de oxígeno del azúcar 3 ‘de la columna vertebral de un nucleótido con la molécula de oxígeno del azúcar 5’ de otro nucleótido.
Esto es posible porque las propiedades químicas de los nucleótidos permiten que los carbonos 5 ‘se unan a múltiples fosfatos. Estos fosfatos son socios de enlace atractivos para la molécula de oxígeno 3 ′ del oxígeno 3 ′ del otro nucleótido, de modo que la molécula de oxígeno se abre para unirse con los fosfatos y es reemplazada por el oxígeno del azúcar 5 ′. Los dos monómeros de nucleótidos se unen completamente con un enlace covalente a través de esa molécula de oxígeno, convirtiéndolos en una sola molécula.
Los nucleótidos son los monómeros de los ácidos nucleicos, pero así como los ácidos nucleicos pueden servir para otros propósitos además de transportar información, los nucleótidos también pueden.
Las moléculas portadoras de energía vital ATP y GTP están hechas de nucleótidos, los nucleótidos «A» y «G», como habrás adivinado.
Además de transportar energía, el GTP también juega un papel vital en las vías de señalización de las células de la proteína G. El término «proteína G» en realidad proviene de la «G» en «GTP», la misma G que se encuentra en el código genético.
Las proteínas G son un tipo especial de proteína que puede causar cascadas de señalización con consecuencias importantes y complejas dentro de una célula. Cuando se fosforila GTP, estas proteínas G se pueden activar o desactivar.
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