ADN y ARN: estructura y funciones

¿En qué se distinguen el ADN y el ARN?

Los ácidos nucleicos llevan el plano genético de la célula y las instrucciones de su funcionamiento. Hay dos tipos principales: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). El ADN es el material genético desde una bacteria hasta un mamífero. En eucariotas está en el núcleo y también en cloroplastos y mitocondrias. En procariotas no va dentro de una envoltura membranosa. El conjunto del material genético de la célula es el genoma. En eucariotas, y no en procariotas, el ADN se asocia a histonas y forma cromatina. Un cromosoma puede traer decenas de miles de genes. Muchos genes informan productos de proteína. Otros codifican productos de ARN. ¹

Cada nucleótido junta una base nitrogenada, un azúcar de cinco carbonos y uno o más fosfatos. Las bases se nombran porque contienen carbono y nitrógeno, y porque un grupo amino puede captar un hidrógeno y volver más básico el medio. Adenina y guanina son purinas: dos anillos de carbono y nitrógeno. Citosina, timina y uracilo son pirimidinas: un solo anillo. El ADN usa adenina, timina, guanina y citosina. El ARN usa adenina, uracilo, guanina y citosina. Si una opción te ofrece timina como base exclusiva del ARN, está al revés. ¹

El azúcar del ADN es desoxirribosa y el del ARN es ribosa. La ribosa tiene un OH en el carbono 2'. La desoxirribosa tiene un H en ese mismo carbono. Los carbonos del azúcar se numeran 1' a 5'. La base va en el 1' y el fosfato en el 5'. Al armar la cadena, el fosfato 5' del nucleótido que llega se une al OH 3' del extremo que ya crece. Ese enlace es fosfodiéster, de 5' a 3'. No es un enlace peptídico ni uno glucosídico. Un extremo de la cadena queda con fosfato 5' libre y el otro con OH 3' libre. Una base unida solo al azúcar es un nucleósido. El nucleótido añade uno, dos o tres fosfatos a ese nucleósido. ^{1 2}

El ADN nativo es una doble hélice dextrógira. El azúcar y el fosfato quedan afuera, como barandal. Las bases quedan adentro, como peldaños. Las dos cadenas corren en sentidos opuestos: el extremo 5' de una mira al extremo 3' de la otra. A eso se le llama orientación antiparalela. Solo se permite cierto apareamiento: adenina con timina y guanina con citosina. Son pares complementarios. La adenina y la timina se estabilizan con dos puentes de hidrógeno. La guanina y la citosina, con tres. Si una cadena dice AATTGGCC, la complementaria dice TTAACCGG. En la replicación, cada cadena se copia y la doble hélice hija guarda una cadena parental y una nueva. El diámetro de la hélice es uniforme, de 2 nm, porque un purina se aparea con una pirimidina. Cada par queda a 0,34 nm del siguiente y cada vuelta mide 3,4 nm, así que hay 10 pares por vuelta. ^{1 2}

En una doble cadena, el apareamiento obliga a que la cantidad de adenina iguale a la de timina, y la de guanina a la de citosina. Si la timina es el 20 % de las bases, la adenina también es el 20 %. El 60 % restante se reparte entre guanina y citosina: 30 % cada una. No sumes 20 y 20 y llames guanina a ese 40. La guanina se aparea con citosina, no con timina. ²

El ARN interviene sobre todo en la síntesis de proteínas, bajo la dirección del ADN. Suele ser de una cadena, armada con ribonucleótidos y enlaces fosfodiéster. Aun así, tramos complementarios de la misma molécula se aparean y le dan una forma tridimensional. Hay cuatro tipos grandes. El ARN mensajero lleva el mensaje del ADN. En eucariotas el ADN no sale del núcleo y el mensajero sí. Si el ADN copiado trae AATTGCGC, el ARN complementario trae UUAACGCG. La adenina del ADN se aparea con uracilo. La timina del ADN se aparea con adenina del ARN. El mensajero se lee de tres en tres. Cada codón corresponde a un aminoácido. El ARN ribosomal es parte del ribosoma, alinea el mensajero y su actividad de peptidil transferasa forma el enlace peptídico. El ARN de transferencia suele medir de 70 a 90 nucleótidos y lleva el aminoácido correcto al sitio de síntesis. El apareamiento entre el de transferencia y el mensajero decide qué aminoácido entra. Los microARN son los más pequeños y regulan la expresión al interferir con ciertos mensajeros. La tabla del libro lo resume así: el ADN carga la información genética, se queda en el núcleo y es doble hélice con desoxirribosa; el ARN participa en la síntesis de proteínas, sale del núcleo, suele ser de una cadena y usa ribosa. Esa frase del núcleo es el caso eucariota. En procariotas, síntesis de ADN y de proteínas ocurren juntas, sin ese compartimento. ^{1 2}

El flujo de la información va del ADN al ARN y del ARN a la proteína. Copiar ADN en ARN se llama transcripción. Leer el ARN para armar la proteína se llama traducción. El detalle de esos dos pasos está en el dogma central. El nucleótido como monómero de esta clase se retoma en biomoléculas. La copia del ADN, justo antes de que la célula se divida, va en el ciclo celular.

Ideas clave

• Nucleótido. Base nitrogenada, azúcar de cinco carbonos y fosfato. La cadena crece por enlaces fosfodiéster de 5' a 3'. ¹
• Bases. ADN: A, T, G, C. ARN: A, U, G, C. Purinas de dos anillos, A y G. Pirimidinas de un anillo, C, T y U. ¹
• Azúcar. Desoxirribosa en el ADN (H en el carbono 2'). Ribosa en el ARN (OH en el carbono 2'). ¹
• Doble hélice. Dos cadenas antiparalelas. A con T (dos puentes de hidrógeno) y G con C (tres). El barandal es azúcar y fosfato. ²
• Papeles del ARN. El mensajero lleva el mensaje. El ribosomal forma parte del ribosoma. El de transferencia carga el aminoácido. ¹

Ejemplos resueltos

La base que no está en el ADN

Te preguntan qué base hay en el ARN y falta en el ADN. Adenina, guanina y citosina están en los dos. La timina es del ADN. La que queda es el uracilo. ¹

Una hebra y su pareja

Una hebra de ADN se lee 5'-GCTAAT-3'. La complementaria corre al revés, 3'-CGATTA-5', porque las cadenas son antiparalelas y A se aparea con T y G con C. No pongas uracilo: eso sería ARN. Tampoco inviertas el orden de las letras sin voltear los extremos 5' y 3'. ²

El 22 % de citosina

En ADN de doble cadena, el 22 % de las bases es citosina. La guanina también es 22 %, porque se aparea con ella. Queda 56 % para adenina y timina, 28 % cada una. Si te piden guanina y te dieron timina, primero iguala timina con adenina y reparte el resto entre G y C. ²

Errores comunes

No unas las bases con enlace peptídico ni fosfodiéster. El fosfodiéster une el azúcar de un nucleótido con el fosfato del siguiente. Los puentes de hidrógeno unen las bases de cadenas opuestas. ²

No escribas uracilo en la hebra complementaria de ADN. El uracilo sustituye a la timina en el ARN. ¹

No digas que el ARN mensajero se queda en el núcleo de un eucariota y que el ADN sale al citoplasma. El libro pone al revés esa tabla: el ADN permanece en el núcleo y el ARN sale. ¹

Cómo lo pregunta el examen

Si preguntan la base propia del ARN, marca uracilo. Si piden el complemento de una hebra de ADN, cambia A por T y G por C, y escribe la nueva hebra en sentido antiparalelo. No uses U en esa respuesta. ^{1 2}

Si dicen que las cadenas se mantienen unidas entre bases complementarias, la unión es el puente de hidrógeno, no el enlace peptídico, el fosfodiéster ni el glucosídico. ²

Si dan el porcentaje de una base en doble cadena, iguala A con T y G con C, y completa a 100. Una timina de 18 % implica adenina de 18 % y, del 64 % que sobra, 32 % de guanina y 32 % de citosina. ²

Resumen

• El ADN es el material genético. El ARN participa en la síntesis de proteínas.
• Un nucleótido trae base, azúcar de cinco carbonos y fosfato, unidos en la cadena por fosfodiéster 5' a 3'.
• El ADN usa timina y desoxirribosa. El ARN usa uracilo y ribosa, y suele ser de una cadena.
• La doble hélice es antiparalela. A se aparea con T y G con C, por puentes de hidrógeno.
• En doble cadena, el porcentaje de A iguala al de T y el de G iguala al de C.