1. Los ácidos nucleicos: ADN y ARN

1.1 El dogma central y los nucleótidos

Fuente principal: Alberts et al., Molecular Biology of the Cell, 7.ª ed. (2022), caps. 1 y 4.

Objetivos

• Describir la estructura de un nucleótido y distinguir las bases púricas de las pirimídicas.
• Explicar por qué la doble hélice es antiparalela y complementaria, y qué consecuencias tiene para copiarla.
• Comparar el ADN con el ARN por su azúcar, sus bases, su forma y su estabilidad.

Conceptos clave

La biología molecular estudia cómo se guarda, se copia y se expresa la información genética. Su idea central, el dogma central, dice que la información fluye del ADN al ARN (transcripción) y del ARN a la proteína (traducción); el ADN se copia a sí mismo por replicación. Hay excepciones importantes en medicina: los retrovirus como el VIH copian su ARN a ADN con la transcriptasa inversa, y la telomerasa usa un molde de ARN para alargar los extremos de los cromosomas.

La unidad de los ácidos nucleicos es el nucleótido: un azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa en el ADN, ribosa en el ARN), una base nitrogenada unida al carbono 1′ y uno o más grupos fosfato en el carbono 5′. Sin fosfato se llama nucleósido. Las bases son de dos tipos: las purinas, de anillo doble, son la adenina (A) y la guanina (G); las pirimidinas, de anillo sencillo, son la citosina (C), la timina (T, sólo en el ADN) y el uracilo (U, sólo en el ARN).

Los nucleótidos se unen por enlaces fosfodiéster entre el fosfato del carbono 5′ de uno y el hidroxilo del carbono 3′ del siguiente. Así, cada cadena tiene una dirección: un extremo 5′ con fosfato libre y un extremo 3′ con hidroxilo libre. Las secuencias se escriben siempre de 5′ a 3′, y todas las polimerasas añaden nucleótidos sólo al extremo 3′.

1.2 La doble hélice de ADN

Fuente principal: Alberts et al., 7.ª ed. (2022), cap. 4; Watson y Crick, Nature (1953).

El ADN es una doble hélice de dos cadenas que giran hacia la derecha alrededor de un eje común (forma B). El esqueleto de azúcar y fosfato queda por fuera y las bases, por dentro. Las cadenas son antiparalelas: una corre de 5′ a 3′ y la otra de 3′ a 5′. Las bases se aparean de forma complementaria: A con T por dos puentes de hidrógeno y G con C por tres. Por eso el ADN rico en G y C necesita más temperatura para separarse, dato que se usa al diseñar una PCR (capítulo 11).

Por la regla de complementariedad, en cualquier ADN de doble cadena la cantidad de A es igual a la de T y la de G igual a la de C (regla de Chargaff). La consecuencia biológica es enorme: cada cadena contiene la información para reconstruir la otra, lo que permite copiar el ADN y repararlo. La hélice tiene un surco mayor y un surco menor; las proteínas que regulan los genes leen la secuencia sobre todo a través del surco mayor sin abrir la hélice.

1.3 El ARN y sus tipos

Fuente principal: Alberts et al., 7.ª ed. (2022), caps. 6 y 7; Rodwell et al., Harper Bioquímica ilustrada, 32.ª ed. (2023), cap. 34.

El ARN tiene ribosa, cuyo hidroxilo en 2′ lo hace químicamente más reactivo y menos estable que el ADN, y usa uracilo en lugar de timina. Es de una sola cadena, pero se pliega formando horquillas y asas por apareamiento interno, y esa forma le permite funciones que el ADN no tiene. El ARN mensajero (ARNm) lleva la copia del gen al ribosoma; el ARN de transferencia (ARNt) trae cada aminoácido; el ARN ribosómico (ARNr) forma el ribosoma y cataliza el enlace peptídico. Los ARN pequeños, como los micro-ARN (miARN), regulan la expresión de los genes (capítulo 8).

Precaución: el ARN se degrada con facilidad por las ribonucleasas que hay en la piel y en el ambiente. Una muestra para RT-PCR de un virus de ARN (influenza, SARS-CoV-2, VIH) se toma con guantes, en el medio correcto y se refrigera; una mala conservación da falsos negativos.

En la clínica, la diferencia entre ADN y ARN decide la prueba. Para detectar un virus de ADN (hepatitis B, herpes, citomegalovirus) basta una PCR; para un virus de ARN (VIH, hepatitis C, dengue) primero se copia el ARN a ADN complementario con transcriptasa inversa (RT-PCR). Los fármacos también aprovechan las diferencias: los análogos de nucleósidos como el aciclovir o la zidovudina se incorporan a la cadena y, al no tener un 3′-OH útil, detienen su alargamiento.

Errores frecuentes

• Decir que A y G se aparean entre sí porque «son purinas»: una purina siempre se aparea con una pirimidina (A con T o U, G con C).
• Escribir una secuencia de 3′ a 5′ sin indicarlo: por convención se escribe de 5′ a 3′, y la cadena complementaria se lee en sentido contrario.
• Pensar que el ARN es «ADN de una cadena»: además del uracilo, la ribosa con su 2′-OH cambia su estabilidad y su función.

Perlas

Repaso del capítulo: 20 preguntas

Elija una sola respuesta en cada pregunta. La clave y su explicación están al final del capítulo.

1. ¿Qué componentes forman un nucleótido?

A) Aminoácido, base nitrogenada y azúcar

B) Glicerol, ácidos grasos y un fosfato

C) Ribosa, aminoácido y grupo metilo

D) Azúcar, base nitrogenada y fosfato

2. ¿Cuáles bases son purinas?

A) Citosina y timina

B) Timina y uracilo

C) Citosina y uracilo

D) Adenina y guanina

3. ¿Qué base está en el ARN y no en el ADN?

A) Uracilo

B) Timina

C) Guanina

D) Adenina

4. ¿Cuántos puentes de hidrógeno unen a G con C?

A) Dos

B) Uno

C) Cuatro

D) Tres

5. ¿Qué enlace une a los nucleótidos de una cadena?

A) Fosfodiéster

B) Peptídico

C) Glucosídico α1-4

D) Disulfuro

6. ¿En qué dirección se escriben las secuencias por convención?

A) De 3′ a 5′

B) De 5′ a 3′

C) Del centro a los extremos

D) Del extremo amino al carboxilo

7. ¿Qué significa que las cadenas del ADN son antiparalelas?

A) Corren en sentidos opuestos

B) Tienen la misma secuencia exacta

C) Están unidas por enlaces covalentes

D) Se enrollan hacia la izquierda

8. ¿Qué azúcar tiene el ARN?

A) Desoxirribosa

B) Ribosa

C) Glucosa

D) Fructosa

9. ¿Qué enzima copia ARN a ADN en los retrovirus?

A) La ARN polimerasa II

B) La transcriptasa inversa

C) La ADN ligasa humana

D) La aminoacil-ARNt sintetasa

10. ¿Qué tipo de ARN forma el ribosoma y cataliza el enlace peptídico?

A) ARN mensajero

B) ARN de transferencia

C) ARN ribosómico

D) Micro-ARN

11. Un ADN tiene 30 % de adenina. ¿Qué porcentaje de guanina tiene?

A) 30 %

B) 20 %

C) 40 %

D) 70 %

12. Dos fragmentos de ADN del mismo tamaño se calientan; uno es rico en G y C. ¿Cuál se separa a mayor temperatura?

A) El rico en A y T

B) Los dos a la misma

C) El rico en G y C

D) El de cadena sencilla

13. Se busca el virus de la hepatitis C en sangre. ¿Qué prueba requiere?

A) PCR directa

B) Cariotipo

C) RT-PCR

D) Tinción de Gram

14. Se busca citomegalovirus en un trasplantado. ¿Qué prueba basta?

A) PCR directa

B) RT-PCR

C) Western blot

D) Microarreglo cromosómico

15. La cadena 5′-ATGC-3′ se aparea con otra. ¿Cuál es su secuencia escrita 5′ a 3′?

A) 5′-TACG-3′

B) 5′-CGTA-3′

C) 5′-GCAT-3′

D) 5′-ATGC-3′

16. Una muestra para RT-PCR de influenza llegó al laboratorio tras un día sin refrigerar. ¿Qué riesgo hay?

A) Falso positivo por exceso de ADN

B) Resultado positivo para bacterias

C) Ningún riesgo para el resultado

D) Falso negativo por ARN degradado

17. Un paciente con herpes recibe aciclovir. ¿Por qué se detiene la síntesis del ADN viral?

A) Le falta un 3′-OH útil a la cadena

B) Destruye la cápside proteica del virus

C) Bloquea el ribosoma 80S humano

D) Corta el ADN en el surco mayor

18. Un estudiante dice que el ARN es estable como el ADN. ¿Qué grupo químico explica que no lo sea?

A) El fosfato unido al carbono 5′ del azúcar

B) El hidroxilo en 2′ de la ribosa

C) La base de timina metilada

D) El enlace peptídico interno

19. Una proteína reguladora reconoce una secuencia sin separar las cadenas. ¿Por dónde la lee?

A) Por el surco menor sólo

B) Por el esqueleto de fosfato

C) Abriendo la doble hélice

D) Por el surco mayor

20. En un ADN de doble cadena, ¿qué relación siempre se cumple?

A) A igual a G y C igual a T

B) A más T igual a G más C

C) A igual a T y G igual a C

D) Todas las bases en igual cantidad

Clave del repaso

1. D. Un nucleótido tiene azúcar, base y uno o más fosfatos.

2. D. Las purinas tienen anillo doble.

3. A. El ARN usa uracilo en lugar de timina.

4. D. G y C se unen por tres puentes; A y T por dos.

5. A. Une el fosfato 5′ con el hidroxilo 3′ del siguiente.

6. B. Se escriben de 5′ a 3′.

7. A. Una va de 5′ a 3′ y la otra de 3′ a 5′.

8. B. La ribosa tiene un OH en el carbono 2′.

9. B. Es la excepción al dogma central.

10. C. El ARNr es estructural y catalítico.

11. B. A = T = 30 %; G + C = 40 %, G = 20 %.

12. C. Tres puentes por par G-C necesitan más energía.

13. C. Es un virus de ARN: primero se copia a ADN.

14. A. El citomegalovirus tiene genoma de ADN.

15. C. La complementaria es 3′-TACG-5′, que se escribe 5′-GCAT-3′.

16. D. El ARN es lábil y las ribonucleasas lo degradan.

17. A. Es un terminador de cadena.

18. B. El 2′-OH hace al ARN más reactivo.

19. D. El surco mayor expone los bordes de las bases.

20. C. Es la regla de Chargaff.

Referencias

• Alberts B, Heald R, Johnson A, et al. Molecular Biology of the Cell. 7th ed. W. W. Norton; 2022.
• Rodwell VW, Bender DA, Botham KM, Kennelly PJ, Weil PA. Harper's Illustrated Biochemistry. 32nd ed. McGraw Hill; 2023.
• Watson JD, Crick FHC. Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid. Nature. 1953;171:737-8.