Los ácidos nucleicos son las biomoléculas responsables del almacenamiento, transmisión y expresión de la información genética. Están formados por cadenas de nucleótidos, las unidades fundamentales de la herencia.

Existen dos tipos principales: ADN (ácido desoxirribonucleico), que almacena la información genética, y ARN (ácido ribonucleico), que participa en la síntesis de proteínas y otras funciones reguladoras.

💡 Toda la información para construir y mantener un organismo está codificada en la secuencia de nucleótidos del ADN.

Introducción

Lectura: Nucleótidos

ESTRUCTURA DEL NUCLEÓTIDO Los nucleótidos son los monómeros de los ácidos nucleicos. Cada nucleótido consta de tres componentes: 1. AZÚCAR PENTOSA (5 carbonos): • Ribosa (en ARN): tiene grupo -OH en carbono 2' • Desoxirribosa (en ADN): tiene -H en carbono 2' • Prefijo 'desoxi' significa 'sin oxígeno' (falta -OH en posición 2') • Numeración con ' (prima): carbono 1', 2', 3', 4', 5' 2. BASE NITROGENADA: Se clasifican en dos grupos según su estructura: PURINAS (anillo doble): • Adenina (A): presente en ADN y ARN • Guanina (G): presente en ADN y ARN • Más grandes (dos anillos fusionados) PIRIMIDINAS (anillo simple): • Citosina (C): presente en ADN y ARN • Timina (T): solo en ADN • Uracilo (U): solo en ARN (reemplaza a timina) • Más pequeñas (un anillo) 3. GRUPO FOSFATO (PO₄³⁻): • Unido al carbono 5' del azúcar • Carga negativa (por eso se llaman ácidos nucleicos) • Forma enlaces fosfodiéster entre nucleótidos • El enlace une el fosfato (5' de un nucleótido) con el OH del 3' del siguiente NOMENCLATURA IMPORTANTE: • Nucleósido = azúcar + base (sin fosfato) - Ejemplos: adenosina, guanosina, citidina • Nucleótido = azúcar + base + fosfato(s) - Ejemplos: adenosina monofosfato (AMP), adenosina trifosfato (ATP) • Polinucleótido = cadena de nucleótidos unidos - ADN y ARN son polinucleótidos

Quiz: Componentes

Azúcar pentosa, base nitrogenada y grupo fosfato

Quiz: Purinas vs Pirimidinas

Lectura: ADN

ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN) ESTRUCTURA DE LA DOBLE HÉLICE: Descubierta por Watson y Crick (1953) basándose en datos de difracción de rayos X de Rosalind Franklin. Características estructurales: • Dos cadenas polinucleotídicas antiparalelas - Una cadena va 5'→3', la otra 3'→5' - Se enrollan en espiral hacia la derecha • Esqueleto azúcar-fosfato (exterior) - Hidrofílico, interactúa con medio acuoso - Enlaces fosfodiéster unen desoxirribosa 3'-OH con fosfato 5' • Bases nitrogenadas (interior) - Hidrofóbicas, apiladas en el centro - Protegidas del agua Componentes del ADN: • Azúcar: Desoxirribosa (H en carbono 2') • Bases: Adenina, Timina, Guanina, Citosina • Grupos fosfato: unen nucleótidos REGLAS DE CHARGAFF (Apareamiento complementario): Erwin Chargaff descubrió que en el ADN: • A = T - Adenina siempre se aparea con timina - Unidos por 2 puentes de hidrógeno - Más débil • G ≡ C - Guanina siempre se aparea con citosina - Unidos por 3 puentes de hidrógeno - Más fuerte (mayor contenido G-C = ADN más estable) • Purinas = Pirimidinas - Siempre una purina se aparea con una pirimidina - Mantiene diámetro constante de la hélice • [A] = [T] y [G] = [C] - Si conoces % de A, conoces % de T - Si A+T = 60%, entonces G+C = 40% Dimensiones de la doble hélice: • Diámetro: 2 nanómetros (constante) • Una vuelta completa: 10 pares de bases • Altura de una vuelta: 3.4 nm • Distancia entre bases apiladas: 0.34 nm FUNCIONES DEL ADN: 1. ALMACENAMIENTO DE INFORMACIÓN GENÉTICA • Los genes son segmentos de ADN que codifican proteínas • Genoma humano: ~3,000 millones de pares de bases (bp) • ~20,000-25,000 genes • La secuencia de bases determina la secuencia de aminoácidos 2. TRANSMISIÓN HEREDITARIA • Replicación semiconservativa: - Cada cadena sirve de molde para nueva cadena - Cada célula hija recibe copia completa del ADN • Enzima clave: ADN polimerasa • Fidelidad muy alta (~1 error en 10¹⁰ bases) 3. EXPRESIÓN GÉNICA (base para síntesis proteica) • Transcripción: ADN → ARN mensajero • Solo se transcribe la cadena molde (3'→5') • El ARNm lleva la información a los ribosomas

Quiz: Bases en ARN vs ADN

Quiz: Reglas de Chargaff

Quiz: Puentes de hidrógeno

🧬 El ADN es el 'archivo maestro', el ARN es la 'copia de trabajo'.

Tabla: ADN vs ARN

Lectura: ARN

ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN) DIFERENCIAS ESTRUCTURALES CON ADN: • Azúcar: Ribosa (tiene -OH en carbono 2') - El grupo hidroxilo adicional hace al ARN más reactivo - Menos estable químicamente que el ADN • Bases: A, U, G, C - Uracilo (U) reemplaza a timina - Uracilo se aparea con adenina (A-U, 2 puentes H) • Cadena: Generalmente simple (monocatenaria) - Puede plegarse sobre sí misma formando horquillas - Algunas regiones pueden formar doble hélice local • Tamaño: Más corto que ADN - Cientos a miles de nucleótidos (vs millones en ADN) • Estabilidad: Menos estable - Cadena simple es más vulnerable - OH en 2' es reactivo - Vida media corta (minutos a días) TIPOS DE ARN Y SUS FUNCIONES: 1. ARN MENSAJERO (ARNm): • 5% del ARN total • Copia temporal de un gen • Lleva información del ADN (núcleo) a ribosomas (citoplasma) • Codifica secuencia de aminoácidos • Estructura en eucariotas: - Cap 5' (metilguanosina): protección y reconocimiento - Secuencia codificante (ORF) - Cola poli-A 3': estabilidad • Vida corta: minutos a horas • Permite regulación rápida de expresión génica 2. ARN RIBOSÓMICO (ARNr): • 80% del ARN total (el más abundante) • Componente estructural y catalítico de ribosomas • Ribozima: ARN con actividad enzimática • Cataliza formación de enlaces peptídicos • Muy estable • En eucariotas: 18S, 5.8S, 28S, 5S 3. ARN DE TRANSFERENCIA (ARNt): • 15% del ARN total • Transporta aminoácidos específicos al ribosoma • Estructura de 'hoja de trébol' (2D) o 'L' (3D) • Tamaño: ~75-90 nucleótidos • Anticodón: triplete complementario al codón del ARNm • Aminoácido específico unido al extremo 3'-OH • Hay ~61 ARNt diferentes (uno o más por aminoácido) 4. OTROS ARN REGULADORES: • ARN pequeños nucleares (ARNsn): splicing de ARNm • microARN (miRNA): regulación génica post-transcripcional • ARN interferente (siRNA): silenciamiento génico • ARN largos no codificantes (lncRNA): regulación epigenética

Quiz: Función ARNt

Quiz: ARN más abundante

Multi-Quiz: Tipos de ARN

Lectura: Código genético

CÓDIGO GENÉTICO El código genético traduce la secuencia de nucleótidos del ARNm en secuencia de aminoácidos de las proteínas. CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO: 1. TRIPLETE (codón): • 3 nucleótidos = 1 codón = 1 aminoácido • ¿Por qué 3? - 1 nucleótido: solo 4 combinaciones (insuficiente para 20 aa) - 2 nucleótidos: 4² = 16 combinaciones (aún insuficiente) - 3 nucleótidos: 4³ = 64 combinaciones (suficiente!) 2. UNIVERSAL: • Mismo código en casi todos los organismos • Desde bacterias hasta humanos • Evidencia de origen común de la vida • Excepciones: algunos orgánulos (mitocondrias), algunos protistas 3. DEGENERADO (redundante): • Varios codones pueden codificar el mismo aminoácido • Ejemplo: Leucina tiene 6 codones diferentes • Tambaleo (wobble): tercera posición del codón es más flexible • Protege contra mutaciones puntuales 4. NO SOLAPADO: • Cada nucleótido pertenece a un solo codón • Se lee secuencialmente: AUG-GCU-AAA... • No se comparten nucleótidos entre codones 5. CON PUNTUACIÓN: • Codón de inicio: AUG (metionina) - Marca dónde comienza la traducción - Toda proteína comienza con Met (puede removerse después) • Codones de terminación (stop): UAA, UAG, UGA - No codifican aminoácidos - Señalan fin de traducción - Reconocidos por factores de liberación DISTRIBUCIÓN DE 64 CODONES: • 61 codones codifican aminoácidos • 3 codones de terminación (stop) • Algunos aminoácidos tienen solo 1 codón (Met, Trp) • Otros tienen hasta 6 codones (Leu, Ser, Arg) EJEMPLOS DE CODONES: • AUG: Metionina (también inicio) • UUU, UUC: Fenilalanina • GCU, GCC, GCA, GCG: Alanina (4 codones) • UAA ('ocre'), UAG ('ámbar'), UGA ('ópalo'): Terminación IMPORTANCIA DEL CÓDIGO GENÉTICO: • Permite traducir información genética en función biológica • Base de la biotecnología (expresión de proteínas recombinantes) • Ingeniería genética aprovecha universalidad • Secuenciación genómica permite predecir proteínas

Quiz: Codón

Quiz: Codón de inicio

Lectura: Dogma central

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR Propuesto por Francis Crick (1958), describe el flujo de información genética en los sistemas biológicos: ADN → (Transcripción) → ARN → (Traducción) → Proteína 1. REPLICACIÓN: ADN → ADN • Duplicación del ADN antes de la división celular • Semiconservativa: - Cada cadena original sirve de molde - Cada ADN hijo tiene 1 cadena original + 1 nueva • Enzima principal: ADN polimerasa • Dirección: 5' → 3' (síntesis de nueva cadena) • Ocurre en fase S del ciclo celular • Altísima fidelidad: ~1 error en 10¹⁰ bases 2. TRANSCRIPCIÓN: ADN → ARN • Síntesis de ARN a partir de molde de ADN • Enzima: ARN polimerasa • Solo una cadena de ADN se transcribe (cadena molde 3'→5') • La otra es cadena codificante (misma secuencia que ARN, con U en vez de T) • Dirección de síntesis: 5' → 3' Proceso en eucariotas: 1. Iniciación: ARN polimerasa se une al promotor 2. Elongación: síntesis del transcrito primario 3. Terminación: señal de terminación libera ARN Procesamiento del ARNm en eucariotas: • Cap 5': adición de metilguanosina (protección, reconocimiento) • Splicing: eliminación de intrones, unión de exones • Cola poli-A: adición de ~200 adeninas en 3' (estabilidad) 3. TRADUCCIÓN: ARN → Proteína • Síntesis de proteínas en ribosomas • ARNm: lleva información (codones) • ARNt: transporta aminoácidos (anticodón) • ARNr: componente del ribosoma (cataliza) Proceso de traducción: 1. Iniciación: - Ribosoma se une a ARNm en codón AUG - ARNt-Met se une al sitio P 2. Elongación: - ARNt con anticodón complementario entra al sitio A - Formación de enlace peptídico (peptidil transferasa) - Translocación: ribosoma avanza 1 codón (3 nucleótidos) - Ciclo se repite 3. Terminación: - Codón stop (UAA, UAG, UGA) - Factor de liberación reconoce stop - Proteína liberada, ribosoma se disocia EXCEPCIONES AL DOGMA CENTRAL: • Transcripción inversa: ARN → ADN (retrovirus, telomerasa) • Replicación de ARN: ARN → ARN (virus de ARN) • ARN catalítico: ribozimas (ARN con función, no solo información)

Quiz: Flujo de información

Traducción: ARNm → Proteína (en ribosomas)

Plegamiento: proteína adquiere estructura funcional

Ordenar: Dogma central

Emparejar: ADN vs ARN

Flashcards

El Proyecto Genoma Humano (1990-2003) secuenció completamente el ADN humano, revelando información sorprendente: Hallazgos principales: • ~3,000 millones de pares de bases en el genoma haploide • Solo ~20,000-25,000 genes codificantes de proteínas (mucho menos de lo esperado) • Genes representan solo ~2% del ADN total • 98% es ADN 'no codificante' (antes llamado 'basura', ahora sabemos que regula) • Humanos compartimos ~99.9% del ADN entre nosotros • Compartimos ~98.8% con chimpancés • ~50% con plátanos (genes básicos conservados) Aplicaciones médicas: 1. Identificación de genes de enfermedades (BRCA1/2 en cáncer de mama) 2. Medicina personalizada (farmacogenómica) 3. Pruebas de paternidad (99.99% precisión) 4. Terapia génica experimental Tecnología: Secuenciación de nueva generación (NGS) ahora puede leer un genoma completo en horas por ~$1,000 (antes tardaba años y costaba $3,000 millones).

Comparación de secuencias específicas (microsatélites/STRs)

Somos genéticamente muy similares, pequeñas diferencias causan grandes cambios

¡Excelente! Has dominado la estructura y función de los ácidos nucleicos, las moléculas que guardan el secreto de la vida y la herencia.

🎯 Puntos esenciales: Nucleótido: azúcar + base + fosfato ADN: • Doble hélice, desoxirribosa, T • A-T (2H), G≡C (3H) • Almacena información ARN: • Simple, ribosa, U • ARNm (mensaje), ARNr (ribosoma), ARNt (transporte) Código genético: • Triplete: 3 nucleótidos = 1 aa • Universal, degenerado • AUG (inicio), UAA/UAG/UGA (stop) Dogma Central: ADN → ARN → Proteína

Ácidos nucleicos: el código de la vida

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