Ácidos Nucleicos: Estructura, Función y Tipos (ADN y ARN)

Los ácidos nucleicos son macromoléculas biológicas esenciales que almacenan, transmiten y expresan la información genética. Son fundamentales para todos los seres vivos, desde las bacterias hasta los humanos.

Tipos Principales de Ácidos Nucleicos

Existen dos tipos principales:

• ADN (ácido desoxirribonucleico): Contiene la información genética hereditaria, el «manual de instrucciones» de cada organismo.
• ARN (ácido ribonucleico): Desempeña diversas funciones, principalmente relacionadas con la síntesis de proteínas y la regulación de la expresión génica (qué genes se «activan» y «desactivan»).

Función Principal de los Ácidos Nucleicos

La función primordial de los ácidos nucleicos es almacenar, transmitir y permitir la expresión de la información genética. Esta información es crucial para:

• El desarrollo y crecimiento de los organismos.
• El funcionamiento celular.
• La herencia de características de padres a hijos.

Componentes Básicos: Los Nucleótidos

Los ácidos nucleicos están formados por unidades básicas llamadas nucleótidos. Cada nucleótido consta de tres componentes:

1. Un azúcar de cinco carbonos:
   • Desoxirribosa en el ADN.
   • Ribosa en el ARN.
2. Un grupo fosfato.
3. Una base nitrogenada:
   • ADN: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T).
   • ARN: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Uracilo (U) (reemplaza a la Timina).

Enlace Fosfodiéster: La Unión de los Nucleótidos

Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster. Estos enlaces se forman entre:

• El grupo fosfato de un nucleótido.
• El carbono 3′ (posición 3 prima) del azúcar del nucleótido adyacente.

Esta unión crea la cadena principal del ácido nucleico, una estructura lineal y direccional.

Diferencias Estructurales entre ADN y ARN

Las principales diferencias estructurales son:

• Azúcar: El ADN contiene desoxirribosa, mientras que el ARN contiene ribosa.
• Bases nitrogenadas: El ADN utiliza Timina (T), mientras que el ARN utiliza Uracilo (U).
• Estructura: El ADN es típicamente una doble hélice (dos cadenas enrolladas), mientras que el ARN suele ser monocatenario (una sola cadena).

El ADN y la Herencia Genética

El ADN es el portador de la información genética que se transmite de generación en generación. Esta información determina las características hereditarias de los organismos.

La Doble Hélice del ADN: Modelo de Watson y Crick

El modelo de Watson y Crick describe la estructura del ADN como:

• Dos cadenas de nucleótidos enrolladas alrededor de un eje central, formando una doble hélice.
• Las bases nitrogenadas de las dos cadenas se aparean específicamente: A con T, y G con C, mediante puentes de hidrógeno.
• Las dos cadenas son antiparalelas (corren en direcciones opuestas).

Replicación del ADN: Proceso Semiconservativo

El ADN se replica de manera semiconservativa:

• Cada cadena de la doble hélice original sirve como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria.
• Como resultado, cada nueva molécula de ADN contiene una cadena original y una cadena nueva.

La ADN Polimerasa: Enzima Clave de la Replicación

La ADN polimerasa es la enzima principal responsable de la replicación del ADN. Añade nucleótidos a la cadena en crecimiento, siguiendo las reglas de apareamiento de bases (A con T, G con C).

El ARN y sus Funciones

ARN Mensajero (ARNm)

El ARNm transporta la información genética desde el ADN (en el núcleo) hasta los ribosomas (en el citoplasma), donde se sintetizan las proteínas. Actúa como un «mensajero» molecular.

Transcripción: Síntesis de ARN a partir de ADN

La transcripción es el proceso por el cual se copia la secuencia de ADN de un gen en una molécula de ARN (generalmente ARNm). La enzima principal involucrada es la ARN polimerasa.

ARN de Transferencia (ARNt)

El ARNt actúa como un «adaptador» molecular. Transporta los aminoácidos (los bloques de construcción de las proteínas) hasta los ribosomas y los une al ARNm, asegurando que se incorporen en el orden correcto según la secuencia del ARNm.

Traducción: Síntesis de Proteínas

La traducción es el proceso por el cual la información codificada en el ARNm se utiliza para construir una cadena de aminoácidos (un polipéptido), que luego se pliega para formar una proteína funcional. Este proceso ocurre en los ribosomas.

Mutaciones en los Ácidos Nucleicos

Una mutación es un cambio en la secuencia de ADN. Las mutaciones pueden ocurrir debido a:

• Errores durante la replicación del ADN.
• Exposición a agentes mutágenos (radiación, sustancias químicas).
• Infecciones virales.

Las mutaciones pueden tener efectos variables, desde ninguno hasta alteraciones significativas en la función de las proteínas.

Recombinación Genética

La recombinación genética es el proceso por el cual se intercambia material genético entre moléculas de ADN, generando nuevas combinaciones de genes. Es crucial para la diversidad genética y la evolución.

ARN Interferente (ARNi)

El ARNi es un tipo de ARN que regula la expresión génica, silenciando genes específicos. Es una herramienta importante en investigación y tiene potencial terapéutico.

Relevancia en Biotecnología y Medicina

Los ácidos nucleicos son fundamentales en:

• Biotecnología: Manipulación genética de organismos para producir medicamentos, alimentos, etc.
• Medicina: Diagnóstico de enfermedades genéticas, desarrollo de terapias génicas y vacunas (como las vacunas de ARNm contra COVID-19).

Vitaminas y Coenzimas: Componentes Esenciales para el Metabolismo

Diferencia entre Vitamina y Coenzima

• Vitaminas: Compuestos orgánicos que el cuerpo necesita en pequeñas cantidades, pero que generalmente no puede sintetizar por sí mismo. Deben obtenerse a través de la dieta.
• Coenzimas: Moléculas orgánicas no proteicas que se unen a las enzimas (proteínas que catalizan reacciones) y son necesarias para su función. Muchas vitaminas actúan como precursoras de coenzimas.

Importancia de las Vitaminas y Coenzimas

Son esenciales para el funcionamiento adecuado del cuerpo, ya que participan en numerosas reacciones metabólicas. Las vitaminas a menudo sirven como bloques de construcción o precursores de las coenzimas.

Vitaminas Liposolubles: Funciones Clave

Las vitaminas liposolubles (A, D, E y K) se almacenan en el tejido graso y el hígado. Sus funciones incluyen:

• Vitamina A: Visión, crecimiento, función inmunológica.
• Vitamina D: Absorción de calcio, salud ósea.
• Vitamina E: Antioxidante (protege contra el daño celular).
• Vitamina K: Coagulación sanguínea.

Vitaminas Antioxidantes

Las vitaminas A, C y E actúan como antioxidantes, protegiendo a las células del daño causado por los radicales libres (moléculas inestables que pueden dañar el ADN y otras estructuras celulares).

Coenzimas: Papel en las Reacciones Bioquímicas

Las coenzimas son moléculas no proteicas que se unen a las enzimas y son esenciales para su actividad catalítica. Actúan como transportadores de grupos químicos o electrones durante las reacciones.

Diferencia entre Coenzima y Cofactor Enzimático

• Cofactor: Término general para cualquier molécula (orgánica o inorgánica) que se requiere para la actividad de una enzima.
• Coenzima: Un tipo específico de cofactor *orgánico*.

Por lo tanto, todas las coenzimas son cofactores, pero no todos los cofactores son coenzimas (los iones metálicos, por ejemplo, son cofactores inorgánicos).

Importancia de una Dieta Variada

Es crucial consumir una dieta variada y equilibrada para obtener todas las vitaminas y coenzimas necesarias, ya que diferentes alimentos contienen diferentes nutrientes.

Vitaminas del Complejo B y el Metabolismo Celular

Las vitaminas del complejo B (B1, B2, B3, B5, B6, B7, B9, B12) son esenciales para el metabolismo energético. Actúan como coenzimas en reacciones que convierten los carbohidratos, grasas y proteínas en energía utilizable por las células (ATP).

Enfermedades por Deficiencia de Vitaminas y Coenzimas

Ejemplos:

• Osteomalacia: Deficiencia de vitamina D (huesos blandos y débiles).
• Escorbuto: Deficiencia de vitamina C (problemas en la piel, encías, debilidad).
• Beriberi: Deficiencia de vitamina B1 (tiamina). Afecta al sistema nervioso y cardiovascular.
• Pelagra: Deficiencia de vitamina B3 (niacina). Causa dermatitis, diarrea y demencia.

Efecto de la Cocción y el Procesamiento en el Contenido de Vitaminas

La cocción y el procesamiento de los alimentos pueden afectar el contenido de vitaminas, tanto positiva como negativamente:

• Pérdida de vitaminas: Algunas vitaminas son sensibles al calor, la luz o el oxígeno, y pueden degradarse durante la cocción o el almacenamiento. Las vitaminas hidrosolubles (complejo B y C) son particularmente susceptibles a la pérdida por lixiviación en el agua de cocción.
• Aumento de la biodisponibilidad: En algunos casos, la cocción puede *mejorar* la absorción de ciertos nutrientes al romper las paredes celulares de las plantas o inactivar compuestos antinutricionales.

Es importante considerar métodos de cocción que minimicen la pérdida de nutrientes, como cocinar al vapor, saltear o usar tiempos de cocción cortos.