Ácidos nucleicos I: naturaleza y aspectos generales

Los ácidos nucleicos son un tipo de compuestos biológicos cuya función en los seres vivos es servir de soporte físico a la información genética. Todas las "instrucciones" que un organismo necesita están almacenadas en su ADN, que actúa como "memoria" y como sistema de copia, mientras que el ARN realiza todas las funciones necesarias para que esa información se "exprese", es decir, se plasme en otras moléculas que serán las que realicen los procesos químicos celulares: las proteínas.

Desde el punto de vista de su naturaleza química, los ácidos nucleicos son heteropolímeros lineales no ramificados de nucleótidos. A su vez, los nucleótidos son compuestos complejos, constituidos por la unión de tres moléculas más pequeñas de diferente naturaleza:

• Una base nitrogenada: las bases nitrogenadas son compuestos cíclicos, con dos o más átomos de nitrógeno, que son los que les proporcionan su carácter básico. En los seres vivos existen seis fundamentales, aunque solo cinco de ellas forman parte de los ácidos nucleicos: adenina, citosina, guanina, timina y uracilo. La sexta, que forma parte de nucleótidos que actúan como coenzimas de oxidación-reducción es la flavina. Estas bases se agrupan en dos grupos: las pirimidinas y las purinas. La diferencia estructural entre ambas (las pirimidinas solo tienen un ciclo hexagonal en su molécula, mientras que las purinas tienen un ciclo hexagonal unido a otro pentagonal) resulta fundamental en la estructura y en la función de los ácidos nucleicos.

• Un monosacárido, la ribosa, o un derivado de ella, la desoxirribosa. La ribosa es una aldopentosa que se encuentra habitualmente en su forma cíclica. Aparece en los nucleótidos libres (que no forman parte de los ácidos nucleicos) y en los ribonucleótidos, que son los que componen el ARN. La desoxirribosa es un derivado de la ribosa, que ha perdido el oxígeno del grupo hidroxilo de su carbono 2'. (En los nucleótidos, para no confundir el número que identifica el átomo de la base nitrogenada y del monosacárido, éste último se numera con la indicación '). Los nucleótidos formados por desoxirribosa se denominan, propiamente, desoxirribonucleótidos, y forman parte del ADN.
• Un grupo fosfato, unido al grupo 5' del monosacárido, o varios (generalmente hasta tres) unidos uno a otro mediante enlaces de alta energía P-P.

La unión de una base nitrogenada a un monosacárido, sin grupos fosfato, recibe el nombre de nucleósido. Los nucleósidos no tienen demasiada importancia biológica, aparte de ser los constituyentes de los nucleótidos. En cambio, los nucleótidos juegan importantes papeles en la biología de la célula, tanto libres como encadenados formando parte de los ácidos nucleicos. Los nucleótidos libres realizan funciones fundamentales como:

• Actúan como coenzimas de oxidación-reducción, transfiriendo electrones y protones entre compuestos. Entre estos compuestos se encuentran el NAD, el NADP, el FAD o el FMN.
• Proporcionan energía a las reacciones endotérmicas. El compuesto que realiza esta función en la mayoría de los casos es el ATP, razón por la cual se le considera la "moneda universal de energía" de los seres vivos.
• Actúan como mensajeros químicos intracelulares, llevando información desde la membrana celular hasta el núcleo. Esta función es desempeñada por el AMP cíclico.

Nucleótidos libres

Los nucleótidos que podemos encontrar libres en una célula forman parte de varias "familias" de compuestos, caracterizadas por la base nitrogenada que entra en su composición.

• Familia de la adenina: los nucleótidos de adenina se encuentran tanto libres como formando parte de los ácidos nucleicos. El compuesto "base" de la familia es el AMP (adenosín monofosfato). A su grupo fosfato puede unírsele otro más, formando el ADP (adenosín difosfato), o incluso dos, para dar lugar al ATP (adenosín trifosfato). Los enlaces que unen entre sí los grupos fosfato son ésteres de alta energía, que queda liberada al romperse. Muchas enzimas tienen capacidad de acoplar la hidrólisis de estos enlaces a otras reacciones químicas, permitiendo que ocurran procesos endotérmicos. Otro compuesto importante de esta familia de nucleótidos es el AMP cíclico, en el que el grupo fosfato se une dos veces a la ribosa, formando un anillo. Este compuesto, que se forma a partir del ATP, actúa como un mensajero químico intracelular, transmitiendo hasta el núcleo la información que llega desde el exterior de la célula.

• Familia de la flavina: estos nucleótidos nunca forman parte de los ácidos nucleicos, sino que actúan como coenzimas de oxidación-reducción, en general unidos íntimamente a la proteína cuya función ayudan a realizar. Básicamente son dos compuestos, el FMN (flavín mononucleótido) y el FAD (flavín adenín dinucleótido). Este último es, como su nombre indica, un dímero formado por la unión de un mononucleótido de flavina y otro de adenina.
• Familia del NAD: NAD son las siglas de nicotín adenín dinucleótido. Es decir, se trata de la unión de dos nucleótidos, uno de los cuales tiene la adenina como base nitrogenada, mientras que la base del otro es la nicotinamida. Los nucleótidos de este grupo no forman parte de los ácidos nucleicos, sino que actúan como coenzimas de oxidación-reducción aunque, a diferencia de los nucleótidos de flavina, no se unen firmemente a la enzima, sino que quedan libres en el entorno. Esto permite que puedan capturar electrones (y protones) en una reacción y liberarlos en otra distinta, incluso si ocurre en otro lugar de la célula. El NAD⁺ (es una molécula cargada positivamente) puede captar un par de electrones y un protón, asociándose a otro, dando lugar al NADH+H⁺. Existe otro par de compuestos similar a esta pareja, pero con un fosfato más en su composición: NADP⁺ (forma oxidada) y NADPH+H⁺ (forma reducida), que interviene fundamentalmente en la fotosíntesis.

Cadenas de nucleótidos

En un nucleótido hay dos grupos que pueden intervenir en la formación de un enlace con otras moléculas similares:

• Uno de los oxígenos del grupo fosfato que, a su vez, se encuentra unido al carbono 5' del monosacárido.
• El grupo hidroxilo del carbono 3' del monosacárido.

La presencia de estos dos grupos hace que cada nucleótido pueda formar dos enlaces distintos, uno a través de su grupo fosfato (extremo P o 5') y otro a través de su hidroxilo del carbono 3' (extremo 3' u OH). La unión 5'→3' de varios nucleótidos consecutivos da lugar a una cadena, llamada genéricamente ácido nucleico, que sigue teniendo dos extremos capaces de reaccionar, igual que cada uno de los nucleótidos, por lo que puede continuar aumentando su tamaño.

Existen dos tipos de cadenas, según estén formados por ribonucleótidos (si el monosacárido es la ribosa) o desoxirribonucleótidos (si el monosacárido es la 2' desoxirribosa). El primer tipo de ácido nucleico recibe el nombre de ácido ribonucleico (ARN), mientras que el segundo se denomina ácido desoxirribonucleico (ADN).