Los ácidos nucleicos, especialmente el ADN, son bastante conocidos en la ciencia. Esto se explica por el hecho de que son las sustancias de la célula, de las que depende el almacenamiento y la transmisión de su información hereditaria. El ADN, descubierto en 1868 por F. Miescher, es una molécula con propiedades ácidas pronunciadas. El científico lo aisló de los núcleos de los leucocitos, células del sistema inmunitario. Durante los siguientes 50 años, los estudios de ácidos nucleicos se realizaron de forma esporádica, ya que la mayoría de los bioquímicos consideraban a las proteínas como las principales sustancias orgánicas responsables, entre otras cosas, de los rasgos hereditarios.
Desde que Watson y Crick descifraron la estructura del ADN en 1953, comenzaron investigaciones serias que descubrieron que el ácido desoxirribonucleico es un polímero y que los nucleótidos sirven como monómeros de ADN. Sus tipos y estructura serán estudiados por nosotros en este trabajo.
Nucleótidos como unidades estructurales de la información hereditaria
Una de las propiedades fundamentales de la materia viva es la preservación y transmisión de información sobre la estructura y funciones tanto de la célula como de todo el organismogeneralmente. Este papel lo desempeñan el ácido desoxirribonucleico y los monómeros de ADN: los nucleótidos son una especie de "ladrillos" a partir de los cuales se construye la estructura única de la sustancia de la herencia. Consideremos qué señales se guiaron por la vida silvestre al crear un superenrollamiento de ácido nucleico.
Cómo se forman los nucleótidos
Para responder a esta pregunta, necesitamos algunos conocimientos de química orgánica. En particular, recordamos que en la naturaleza hay un grupo de glucósidos heterocíclicos que contienen nitrógeno combinados con monosacáridos: pentosas (desoxirribosa o ribosa). Se llaman nucleósidos. Por ejemplo, la adenosina y otros tipos de nucleósidos están presentes en el citosol de una célula. Entran en una reacción de esterificación con moléculas de ácido ortofosfórico. Los productos de este proceso serán nucleótidos. Cada monómero de ADN, y hay cuatro tipos, tiene un nombre, como nucleótidos de guanina, timina y citosina.
Monómeros de purina de ADN
En bioquímica, se adopta una clasificación que divide los monómeros de ADN y su estructura en dos grupos: por ejemplo, los nucleótidos de adenina y guanina son purina. Contienen derivados de la purina, una sustancia orgánica de fórmula C5H4N44. El monómero de ADN, un nucleótido de guanina, también contiene una base nitrogenada de purina conectada a la desoxirribosa por un enlace N-glucosídico en la configuración beta.
Nucleótidos de pirimidina
Bases nitrogenadas,llamadas citidina y timidina, son derivados de la sustancia orgánica pirimidina. Su fórmula es C4H4N2. La molécula es un heterociclo plano de seis miembros que contiene dos átomos de nitrógeno. Se sabe que en lugar de un nucleótido de timina, las moléculas de ácido ribonucleico, como el ARNr, el ARNt y el ARNm, contienen un monómero de uracilo. Durante la transcripción, durante la transferencia de información del gen de ADN a la molécula de ARNm, el nucleótido de timina se reemplaza por adenina y el nucleótido de adenina se reemplaza por uracilo en la cadena de ARNm sintetizada. Es decir, el siguiente registro será justo: A - U, T - A.
Regla de Chargaff
En la sección anterior, ya hemos abordado parcialmente los principios de correspondencia entre los monómeros en las cadenas de ADN y en el complejo gen-ARNm. El famoso bioquímico E. Chargaff estableció una propiedad completamente única de las moléculas de ácido desoxirribonucleico, a saber, que la cantidad de nucleótidos de adenina en ella es siempre igual a la timina y la guanina, a la citosina. La principal base teórica de los principios de Chargaff fue la investigación de Watson y Crick, quienes establecieron qué monómeros forman la molécula de ADN y qué organización espacial tienen. Otro patrón, derivado por Chargaff y llamado principio de complementariedad, indica la relación química de las bases de purina y pirimidina y su capacidad para formar enlaces de hidrógeno cuando interactúan entre sí. Esto significa que la disposición de los monómeros en ambas cadenas de ADN está estrictamente determinada: por ejemplo, el opuesto A de la primera cadena de ADN puede sersólo T es diferente y surgen dos enlaces de hidrógeno entre ellos. Frente al nucleótido de guanina, solo se puede ubicar la citosina. En este caso, se forman tres enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.
El papel de los nucleótidos en el código genético
Para llevar a cabo la reacción de biosíntesis de proteínas que ocurre en los ribosomas, existe un mecanismo para transferir información sobre la composición de aminoácidos del péptido desde la secuencia de nucleótidos del ARNm a la secuencia de aminoácidos. Resultó que tres monómeros adyacentes llevan información sobre uno de los 20 aminoácidos posibles. Este fenómeno se llama el código genético. En la resolución de problemas de biología molecular, se utiliza tanto para determinar la composición de aminoácidos de un péptido como para aclarar la cuestión: qué monómeros forman una molécula de ADN, en otras palabras, cuál es la composición del gen correspondiente. Por ejemplo, el triplete AAA (codón) en el gen codifica el aminoácido fenilalanina en la molécula de proteína, y en el código genético corresponderá al triplete UUU en la cadena de ARNm.
Interacción de nucleótidos en el proceso de reduplicación del ADN
Como se descubrió anteriormente, las unidades estructurales, los monómeros de ADN son nucleótidos. Su secuencia específica en las cadenas es la plantilla para el proceso de síntesis de la molécula hija del ácido desoxirribonucleico. Este fenómeno ocurre en la etapa S de la interfase celular. La secuencia de nucleótidos de una nueva molécula de ADN se ensambla en las cadenas madre bajo la acción de la enzima ADN polimerasa, teniendo en cuenta el principiocomplementariedad (A - T, D - C). La replicación se refiere a las reacciones de síntesis de matriz. Esto significa que los monómeros de ADN y su estructura en las cadenas principales sirven como base, es decir, la matriz para su copia secundaria.
¿Puede cambiar la estructura de un nucleótido
Por cierto, digamos que el ácido desoxirribonucleico es una estructura muy conservativa del núcleo celular. Hay una explicación lógica para esto: la información hereditaria almacenada en la cromatina del núcleo debe permanecer sin cambios y copiarse sin distorsión. Bueno, el genoma celular está constantemente "bajo el arma" de factores ambientales. Por ejemplo, compuestos químicos tan agresivos como el alcohol, las drogas, la radiación radiactiva. Todos ellos son los llamados mutágenos, bajo la influencia de los cuales cualquier monómero de ADN puede cambiar su estructura química. Tal distorsión en bioquímica se llama mutación puntual. La frecuencia de su aparición en el genoma celular es bastante alta. Las mutaciones se corrigen mediante el buen funcionamiento del sistema de reparación celular, que incluye un conjunto de enzimas.
Algunos de ellos, por ejemplo, las restrictasas, "cortan" los nucleótidos dañados, las polimerasas proporcionan la síntesis de los monómeros normales, las ligasas "cosen" las secciones restauradas del gen. Si, por alguna razón, el mecanismo descrito anteriormente no funciona en la célula y el monómero de ADN defectuoso permanece en su molécula, la mutación es detectada por los procesos de síntesis de matriz y se manifiesta fenotípicamente en forma de proteínas con propiedades deterioradas que son incapaces de realizar las funciones necesarias inherentes a ellos enMetabolismo celular. Este es un factor negativo grave que reduce la viabilidad de la célula y acorta su vida útil.
