Los ácidos nucleicos son macromoléculas clave en la continuidad de la vida. Llevan el proyecto genético de una célula y llevan las instrucciones para el funcionamiento de la misma. Los dos tipos principales de ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ADN es el material genético que se encuentra en todos los organismos vivos, desde las bacterias unicelulares hasta los mamíferos multicelulares. El otro tipo de ácido nucleico, el ARN, interviene sobre todo en la síntesis de proteínas. Las moléculas de ADN nunca salen del núcleo, sino que utilizan un intermediario de ARN para comunicarse con el resto de la célula. Otros tipos de ARN también intervienen en la síntesis de proteínas y en su regulación. Entraremos en más detalle sobre los ácidos nucleicos en una sección posterior.
El ADN y el ARN están formados por monómeros conocidos como nucleótidos conectados entre sí en una cadena con enlaces covalentes. Cada nucleótido está formado por tres componentes: una base nitrogenada, un azúcar de cinco carbonos y un grupo fosfato (Figura 1). La base nitrogenada de un nucleótido está unida a la molécula de azúcar, que está unida al grupo fosfato.
Las bases nitrogenadas, componentes importantes de los nucleótidos, son moléculas orgánicas y se denominan así porque contienen carbono y nitrógeno. Son bases porque contienen un grupo amino que tiene el potencial de unir un hidrógeno extra, y por lo tanto, disminuye la concentración de iones de hidrógeno en su entorno, haciéndolo más básico. Cada nucleótido del ADN contiene una de las cuatro bases nitrogenadas posibles: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). El ARN contiene la base uracilo (U) en lugar de timina. El orden de las bases en un ácido nucleico determina la información que transporta la molécula de ADN o ARN. Esto se debe a que el orden de las bases en un gen de ADN determina el orden en que los aminoácidos se ensamblarán para formar una proteína.
El azúcar pentosa en el ADN es la desoxirribosa, y en el ARN, el azúcar es la ribosa (Figura 1). La diferencia entre los azúcares es la presencia del grupo hidroxilo en el segundo carbono de la ribosa y del hidrógeno en el segundo carbono de la desoxirribosa. Los átomos de carbono de la molécula de azúcar se numeran como 1′, 2′, 3′, 4′ y 5′ (1′ se lee como «un primo»). El residuo de fosfato se une al grupo hidroxilo del carbono 5′ de un azúcar y al grupo hidroxilo del carbono 3′ del azúcar del siguiente nucleótido, lo que forma un enlace fosfodiéster 5′-3′ (un tipo específico de enlace covalente). Un polinucleótido puede tener miles de estos enlaces fosfodiésteres.
El ADN tiene una estructura doblemente helicoidal (Figura 2). Está compuesto por dos hebras, o cadenas, de nucleótidos. La doble hélice del ADN suele compararse con una escalera retorcida. Las hebras (las partes exteriores de la escalera) se forman uniendo los fosfatos y los azúcares de los nucleótidos adyacentes con fuertes enlaces químicos, llamados enlaces covalentes. Los peldaños de la escalera retorcida están formados por las dos bases unidas con un enlace químico débil, llamado enlace de hidrógeno. Dos bases unidas por enlaces de hidrógeno se denominan par de bases. La escalera se retuerce a lo largo de su longitud, de ahí la descripción de «doble hélice», que significa una doble espiral.
Los grupos de azúcar y fosfato alternados se encuentran en el exterior de cada hebra, formando la columna vertebral del ADN. Las bases nitrogenadas se apilan en el interior, como los peldaños de una escalera, y estas bases se emparejan; los pares están unidos entre sí por enlaces de hidrógeno. Las bases se emparejan de tal manera que la distancia entre las columnas vertebrales de las dos cadenas es la misma a lo largo de toda la molécula.
En una molécula de ADN, la adenina (A) siempre se empareja con la timina (T), y la citosina (C) siempre se empareja con la guanina (G). Esto significa que la secuencia de una hebra de la doble hélice de ADN siempre puede utilizarse para determinar la otra hebra.
¿Cómo determina la función la estructura del ácido nucleico?
La función principal tanto del ADN como del ARN es almacenar y transportar la información genética. El orden específico de los nucleótidos en la molécula de ADN o ARN es lo que determina la información genética que transporta. Se puede pensar en ello como en las letras de un libro: si se cambiara el orden de las letras, el libro dejaría de contener la misma información (o la correcta).