Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas formadas por largas cadenas de nucleótidos que almacenan, transmiten y expresan la información genética de todos los seres vivos. Existen dos tipos principales, el ADN y el ARN, que colaboran para que la información contenida en los genes se convierta en las proteínas que construyen y hacen funcionar a la célula.

¿Qué son los ácidos nucleicos?

Los ácidos nucleicos son polímeros biológicos, es decir, moléculas gigantes construidas por la repetición de unidades más pequeñas llamadas nucleótidos. Junto con los glúcidos, los lípidos y las proteínas, constituyen uno de los cuatro grandes grupos de biomoléculas.

El nombre procede de que fueron descubiertos en el núcleo celular. En 1869, el médico suizo Friedrich Miescher aisló de los núcleos de glóbulos blancos una sustancia rica en fósforo a la que llamó nucleína. Posteriormente, el bioquímico Richard Altmann propuso en 1889 el término «ácido nucleico», por su carácter ácido (debido a los grupos fosfato) y su localización nuclear. Hoy sabemos que también existen fuera del núcleo: en las mitocondrias, los cloroplastos, el citoplasma de las bacterias y los virus.

El nucleótido, la unidad básica

Cada nucleótido está formado por tres componentes unidos por enlaces covalentes:

• Un grupo fosfato, derivado del ácido fosfórico, que aporta la carga negativa de la molécula.
• Una pentosa, un azúcar de cinco carbonos: la desoxirribosa en el ADN y la ribosa en el ARN.
• Una base nitrogenada, que puede ser una purina (adenina y guanina) o una pirimidina (citosina, timina y uracilo).

La unión de la pentosa con la base nitrogenada forma un nucleósido; si se añade el fosfato, tenemos el nucleótido. Los nucleótidos se enlazan entre sí mediante enlaces fosfodiéster, que conectan el fosfato de un nucleótido con el carbono 3′ de la pentosa del siguiente. Así se forma una cadena con un extremo 5′ y otro 3′, y la información se lee siempre en el sentido 5′ → 3′. La secuencia de bases es el «mensaje» que contiene la información genética.

Tipos de ácidos nucleicos

ADN (ácido desoxirribonucleico)

Es el portador de la información hereditaria. Suele presentarse como una doble hélice formada por dos cadenas antiparalelas unidas por puentes de hidrógeno entre bases complementarias: adenina con timina (A-T) y guanina con citosina (G-C). En las células eucariotas se localiza sobre todo en el núcleo, organizado en cromosomas, y en menor cantidad en mitocondrias y cloroplastos. En las procariotas se encuentra en una región llamada nucleoide, normalmente como una molécula circular. Puedes profundizar en su arquitectura en estructura del ADN.

ARN (ácido ribonucleico)

Suele ser una cadena sencilla, aunque puede plegarse sobre sí misma y formar estructuras tridimensionales complejas. Contiene ribosa en lugar de desoxirribosa y uracilo (U) en lugar de timina. Los tres tipos clásicos son:

• ARN mensajero (ARNm): copia la información de un gen y la lleva hasta los ribosomas.
• ARN de transferencia (ARNt): transporta los aminoácidos y reconoce los codones del ARNm gracias a su anticodón.
• ARN ribosómico (ARNr): forma parte de la estructura de los ribosomas y cataliza la unión de los aminoácidos.

Además existen otros ARN reguladores, como los microARN y los ARN interferentes pequeños, que controlan qué genes se expresan y en qué momento.

Diferencias entre ADN y ARN

Funciones de los ácidos nucleicos

• Almacenar la información genética. La secuencia de nucleótidos del ADN constituye el genoma de cada organismo.
• Transmitirla de célula a célula y de padres a hijos mediante la replicación del ADN.
• Expresarla: en la transcripción, el ADN se copia a ARN; en la traducción, el ARN dirige la síntesis de proteínas. Este flujo se resume en el llamado dogma central de la biología molecular.
• Regular la actividad de los genes, función en la que participan distintos ARN no codificantes.

Los nucleótidos también desempeñan funciones fuera de las cadenas: el ATP, la «moneda energética» de la célula, es un nucleótido de adenina con tres fosfatos, y otros como el AMP cíclico actúan como mensajeros intracelulares.

Cómo se descubrió su papel

Durante décadas se creyó que las proteínas eran el material hereditario. En 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty demostraron que el factor capaz de transformar bacterias era el ADN. En 1952, el experimento de Alfred Hershey y Martha Chase con bacteriófagos lo confirmó. Un año después, James Watson y Francis Crick propusieron el modelo de la doble hélice, apoyándose en los datos de difracción de rayos X de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins. En 1989, Thomas Cech y Sidney Altman recibieron el Nobel de Química por descubrir que algunos ARN, las ribozimas, pueden actuar como catalizadores, un hallazgo que dio fuerza a la hipótesis del «mundo de ARN» sobre el origen de la vida.

Importancia y aplicaciones

El conocimiento de los ácidos nucleicos ha transformado la biología y la medicina. Permite secuenciar genomas completos, diagnosticar enfermedades hereditarias, identificar personas mediante perfiles de ADN en medicina forense, estudiar el parentesco entre especies y diseñar terapias génicas. Las vacunas de ARN mensajero desarrolladas frente a la COVID-19 son un ejemplo reciente de su aplicación práctica. También sustentan la biotecnología moderna, desde la producción de insulina recombinante hasta las técnicas de edición genética como CRISPR.

Preguntas frecuentes

Referencias

• Alberts, B. et al. (2015). Molecular Biology of the Cell (6.ª ed.). Garland Science.
• Nelson, D. L. y Cox, M. M. (2018). Lehninger. Principios de bioquímica (7.ª ed.). Omega.
• Watson, J. D. y Crick, F. H. C. (1953). «Molecular structure of nucleic acids». Nature, 171, 737-738.