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3.8: ¿Qué son los ácidos nucleicos?
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What are Nucleic Acids?
 
TRANSCRIPCIÓN

3.8: What are Nucleic Acids?

3.8: ¿Qué son los ácidos nucleicos?

Overview

Nucleic acids are long chains of nucleotides linked together by phosphodiester bonds. There are two types of nucleic acids: deoxyribonucleic acid, or DNA, and ribonucleic acid, or RNA. Nucleotides in both DNA and RNA are made up of a sugar, a nitrogen base, and a phosphate molecule.

Nucleic Acids Are the Genetic Material of the Cell

A cell’s hereditary material is comprised of nucleic acids, which enable living organisms to pass on genetic information from one generation to next. There are two types of nucleic acids: deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA). DNA and RNA differ very slightly in their chemical composition, yet play entirely different biological roles.

Nucleic Acids Are Polymers of Nucleotides

Chemically, nucleic acids are polynucleotides—chains of nucleotides. A nucleotide is composed of three components: a pentose sugar, a nitrogen base, and a phosphate group. The sugar and the base together form a nucleoside. Hence, a nucleotide is sometimes referred to as a nucleoside monophosphate. Each of the three components of a nucleotide plays a key role in the overall assembly of nucleic acids.

As the name suggests, a pentose sugar has five carbon atoms, which are labeled 1o, 2o, 3o, 4o, and 5o. The pentose sugar in RNA is ribose, meaning the 2o carbon carries a hydroxyl group. The sugar in DNA is deoxyribose, meaning the 2o carbon is attached to a hydrogen atom. The sugar is attached to the nitrogen base at the 1o carbon and the phosphate molecule at the 5o carbon.

Nucleotides Are Linked Together by Phosphodiester Bonds

The phosphate molecule attached to the 5o carbon of one nucleotide can form a covalent bond with the 3o hydroxyl group of another nucleotide, linking the two nucleotides together. This covalent bond is called a phosphodiester bond. The phosphodiester bond between nucleotides creates an alternating sugar and phosphate backbone in a polynucleotide chain. Linking the 5o end of one nucleotide to the 3o end of another imparts directionality to the polynucleotide chain, which plays a key role in DNA replication and RNA synthesis. At one end of the polynucleotide chain, called the 3o end, the sugar has a free 3o hydroxyl group. At the other end, the 5o end, the sugar has a free 5o phosphate group.

Pyrimidines and Purines Are the Two Major Classes of Nitrogen Bases

The nitrogen bases are molecules containing one or two rings made up of carbon and nitrogen atoms. These molecules are called “bases” because they are chemically basic, and can bind to hydrogen ions. There are two classes of nitrogen bases: pyrimidines and purines. The pyrimidines have a six-membered ring structure, whereas the purines are comprised of a six-membered ring fused to a five-membered ring. The pyrimidines include cytosine (C), thymine (T) and uracil (U). The purines include adenine (A) and guanine (G).

Cytosine, adenine, and guanine are present in both DNA and RNA. However, thymine is specific to DNA, and uracil is found only in RNA. The purines and pyrimidines can form hydrogen bonds with each other in a particular pattern, based on the presence of complementary chemical groups that are analogous to pieces of a jigsaw puzzle. Under normal cellular conditions, adenine forms hydrogen bonds with thymine (in DNA) or uracil (in RNA), whereas guanine forms hydrogen bonds with cytosine. This complementary base pairing is critical to DNA structure and function.

Structure of DNA and RNA

DNA adopts a double helical structure within the cell. A double helix is composed of two polynucleotide chains, called strands, that wind around each other in a helical (i.e., spiral) manner. The two strands are in opposite orientations, or are “antiparallel” to each other, meaning the 5o end of one strand is close to the 3o end of another. The two strands are held together through complementary base pairing (e.g., cytosine with guanine).

In a DNA double helix, the sugar-phosphate backbone is present on the outside, whereas the hydrogen-bonded bases are on the inside. RNA mostly occurs as a single-stranded molecule. The single RNA strand can form localized secondary structures through intra-strand complementary base pairing. Different types of RNA secondary structures have distinct functions within the cell.

Visión general

Los ácidos nucleicos son largas cadenas de nucleótidos unidos entre sí por enlaces fosfodiester. Hay dos tipos de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico, o ADN, y ácido ribonucleico, o ARN. Los nucleótidos en el ADN y el ARN se componen de un azúcar, una base de nitrógeno y una molécula de fosfato.

Los ácidos nucleicos son el material genético de la célula

El material hereditario de una célula está compuesto de ácidos nucleicos, que permiten a los organismos vivos transmitir información genética de una generación a otra. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). El ADN y el ARN difieren muy ligeramente en su composición química, pero desempeñan papeles biológicos completamente diferentes.

Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos

Químicamente, los ácidos nucleicos son polinucleótidos, cadenas de nucleótidos. Un nucleótido se compone de tres componentes: un azúcar de pentosa, una base de nitrógeno y un grupo de fosfato. El azúcar y la base juntos forman un nucleósido. Por lo tanto, un nucleótido a veces se conoce como un monofosfato de nucleósido. Cada uno de los tres componentes de un nucleótido desempeña un papel clave en el ensamblaje general de ácidos nucleicos.

Como su nombre indica, un azúcar pentosa tiene cinco átomos de carbono, que están etiquetados 1o, 2o, 3o, 4o, y 5o. El azúcar pentosa en el ARN es ribosa, lo que significa que el carbono de 2o lleva un grupo hidroxilo. El azúcar en el ADN es desoxirribosa, lo que significa que el carbono de 2o está unido a un átomo de hidrógeno. El azúcar se une a la base de nitrógeno en el carbono de 1o y la molécula de fosfato en el carbono de 5o.

Nucleótidos están unidos entre sí por los bonos fosfodiester

La molécula de fosfato unida a los 5o carbono de un nucleótido puede formar un enlace covalente con el grupo de 3o hidroxilo de otro nucleótido, uniendo los dos nucleótidos. Este vínculo covalente se llama un vínculo fosfodiester. El enlace fosfodiester entre nucleótidos crea una columna vertebral alterna de azúcar y fosfato en una cadena de polinucleótidos. La vinculación del extremo de 5o de un nucleótido con el extremo 3o de otro imparte direccionalidad a la cadena de polinucleótidos, que desempeña un papel clave en la replicación del ADN y la síntesis de ARN. En un extremo de la cadena de polinucleótidos, llamado extremo de 3o, el azúcar tiene un grupo libre de 3o hidroxilo. En el otro extremo, el extremo de 5o, el azúcar tiene un grupo libre de 5o fosfato.

Pirimidinas y purinas son las dos principales clases de bases de nitrógeno

Las bases de nitrógeno son moléculas que contienen uno o dos anillos compuestos de átomos de carbono y nitrógeno. Estas moléculas se llaman "bases" porque son químicamente básicas, y pueden unirse a los iones de hidrógeno. Hay dos clases de bases de nitrógeno: pirimidinas y purinas. Las pirimidinas tienen una estructura de anillo de seis miembros, mientras que las purinas se componen de un anillo de seis miembros fusionado a un anillo de cinco miembros. Las pirimidinas incluyen citosina (C), timina (T) y uracilo (U). Los purinos incluyen adenina (A) y guanina (G).

La citosina, la adenina y la guanina están presentes tanto en el ADN como en el ARN. Sin embargo, la timina es específica del ADN, y el uracilo se encuentra sólo en el ARN. Las purinas y pirimidinas pueden formar enlaces de hidrógeno entre sí en un patrón particular, basado en la presencia de grupos químicos complementarios que son análogos a las piezas de un rompecabezas. En condiciones celulares normales, la adenina forma enlaces de hidrógeno con timina (en ADN) o uracilo (en ARN), mientras que la guanina forma enlaces de hidrógeno con citosina. Este emparejamiento base complementario es fundamental para la estructura y la función del ADN.

Estructura del ADN y el ARN

El ADN adopta una estructura helicoidal doble dentro de la célula. Una doble hélice se compone de dos cadenas de polinucleótidos, llamadas hebras, que se rodean unas a otras de una manera helicoidal (es decir, espiral). Las dos hebras están en orientaciones opuestas, o son "antiparalel" entre sí, lo que significa que el extremo 5o de una hebra está cerca del extremo 3o de otro. Las dos hebras se mantienen unidas a través del emparejamiento base complementario (por ejemplo, citosina con guanina).

En una doble hélice de ADN, la columna vertebral de azúcar-fosfato está presente en el exterior, mientras que las bases unidas al hidrógeno están en el interior. El ARN se produce principalmente como una molécula de una sola cadena. La única hebra de ARN puede formar estructuras secundarias localizadas a través del emparejamiento de base complementario intra-hebra. Diferentes tipos de estructuras secundarias de ARN tienen funciones distintas dentro de la célula.


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