Nucleótidos y Ácidos Nucleicos

5.1. Nucleótidos

Los nucleótidos son los monómeros de los ácidos nucleicos. Cada nucleótido está formado por tres componentes:

1. Base nitrogenada (heterocíclica):

- Púricas (purinas): Adenina (A) y Guanina (G) — 2 anillos - Pirimidínicas (pirimidinas): Citosina (C), Timina (T) — solo en ADN — y Uracilo (U) — solo en ARN — 1 anillo

1. Pentosa (azúcar de 5 carbonos):

- Desoxirribosa (en ADN): sin -OH en C2 - Ribosa (en ARN): con -OH en C2

1. Grupo fosfato (-PO₄)

La unión de base + pentosa se llama nucleósido. El nucleótido = nucleósido + fosfato.

Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlace fosfodiéster: une el grupo fosfato del C5' de un nucleótido con el -OH del C3' del siguiente, liberando agua. Esta unión establece la dirección 5'→3' de la cadena.

Nucleótidos de importancia biológica:

• ATP (adenosín trifosfato): moneda energética universal de la célula
• NAD⁺/NADH, FAD/FADH₂: coenzimas transportadoras de electrones en el metabolismo

📋 Preguntas PAU sobre nucleótidos y ácidos nucleicos

EBAU — Valencia, julio 2022, pregunta 2.3
a) Nombra los componentes de un nucleótido de DNA (1 punto).
b) Cita los tipos de enlace químico que se encuentran en una molécula de DNA de doble hélice e indica qué componentes unen.
c) Indica qué orgánulos de la célula vegetal contienen DNA y si se trata de moléculas lineales o circulares.

5.2. El ADN

5.2.1. Estructura primaria del ADN

La estructura primaria del ADN es la secuencia de nucleótidos unidos mediante enlaces fosfodiéster en una cadena polinucleotídica con polaridad 5'→3'.

5.2.2. Estructura secundaria: la doble hélice

En 1953, Watson y Crick propusieron el modelo de la doble hélice, basándose en:

• Los datos de difracción de rayos X de Rosalind Franklin
• Las reglas de Chargaff: A = T y G = C (misma cantidad de adenina que timina, y de guanina que citosina)

Características de la doble hélice (forma B):

• Dos cadenas antiparalelas (una va 5'→3', la otra 3'→5')
• Las cadenas son complementarias: A se une a T y G se une a C
• Las bases nitrogenadas están en el interior, unidas por puentes de hidrógeno: A=T (2 puentes) y G≡C (3 puentes)
• Los grupos fosfato y pentosas están en el exterior
• La hélice es dextrógira (gira a la derecha)
• Diámetro: 20 Å; distancia entre bases: 3,4 Å; vuelta completa cada 34 Å (= 10 pares de bases)

Links que forman la doble hélice:

• Enlace N-glucosídico: base + pentosa
• Enlace éster: fosfato + C5' de pentosa
• Enlace fosfodiéster: une nucleótidos en la misma cadena
• Puentes de hidrógeno: A=T y G≡C entre cadenas complementarias

📋 Preguntas PAU sobre estructura del ADN

EBAU — Aragón, septiembre 2016, opción B, cuestión 2
El análisis de la proporción de adenina del cromosoma 21 humano ha resultado ser del 33% y la de guanina del cromosoma 23 del 27%. Indicar la proporción del resto de bases nitrogenadas de ambos cromosomas. (1 punto)
Solución: Si A=33% → T=33%, entonces C+G=34%, G=C=17%. Si G=27% → C=27%, A=T=23%.
EBAU — Madrid, junio 2020, modelo, pregunta A3
a) Cite el tipo de enlace que constituye la estructura primaria del ADN y explique cómo se forma.
b) Indique el tipo de enlace que da lugar a la estructura secundaria y el número de enlaces entre bases.
c) Si una molécula de ADN bicatenario tiene un 17% de A, indique el porcentaje de las restantes bases.
Solución: Si A=17% → T=17%; A+T=34%; G+C=66%; G=C=33%.
EBAU — Murcia, junio 2023, pregunta 1.2
A) Describa la naturaleza química del ADN, indicando su estructura primaria, sus componentes y enlaces.
B) Describa su estructura secundaria, indicando los enlaces que la estabilizan.
C) Describa las diferencias con respecto al ARN en cuanto a su composición química.

5.2.3. Empaquetamiento del ADN: cromatina y cromosomas

El ADN de cada célula humana tiene aprox. 2 metros de longitud total; gracias al empaquetamiento se comprime hasta caber en el núcleo.

Niveles de empaquetamiento:

1. Nucleosoma: unidad básica. El ADN se enrolla alrededor de un octámero de histonas (proteínas básicas) formando una estructura tipo "collar de perlas".
2. Fibra nucleosómica (fibra de 30 nm): los nucleosomas se pliegan formando una solenoide.
3. Bucles de cromatina: la fibra se organiza en bucles sobre una armazón proteica.
4. Cromátida: la compactación máxima durante la división celular.
5. Cromosoma: formado por dos cromátidas hermanas unidas por el centrómero.

Cromatina:

• Eucromatina: menos condensada, activa transcripcionalmente
• Heterocromatina: muy condensada, inactiva

En células humanas hay 46 cromosomas (2n=46), formando 23 pares de homólogos.

5.3. El ARN

El ARN (ácido ribonucleico) difiere del ADN en:

• Contiene ribosa en lugar de desoxirribosa
• Contiene uracilo (U) en lugar de timina (T)
• Es generalmente monocatenario

Tipos de ARN:

5.4. Genética molecular

5.4.1. Replicación del ADN

La replicación es la copia del ADN antes de la división celular. Es semiconservativa: cada hebra sirve de molde para sintetizar una nueva hebra complementaria.

Enzimas clave:

• Helicasa: rompe los puentes de hidrógeno y separa las dos hebras
• ARN primasa: sintetiza cebadores (primers) de ARN necesarios para iniciar la síntesis
• ADN polimerasa: añade nucleótidos en dirección 5'→3', usando la hebra molde
• ADN ligasa: une los fragmentos de Okazaki de la hebra retrasada

La replicación en eucariotas es bidireccional y comienza en múltiples orígenes de replicación.

📋 Preguntas PAU sobre replicación

EBAU — Asturias, junio 2021, pregunta 1B
a) Identifique la macromolécula de la imagen adjunta detallando los monómeros que la forman.
b) ¿Cuáles son los componentes de estos monómeros?
c) Describa los distintos niveles de complejidad (o empaquetamiento) de la molécula representada.

5.4.2. Transcripción: síntesis del ARN

La transcripción es la síntesis de ARN a partir de ADN. Solo se transcribe una hebra del ADN (la hebra molde).

Fases: Iniciación → Elongación → Terminación

Enzima clave: ARN polimerasa

En eucariotas:

• Ocurre en el núcleo
• El ARN primario (pre-ARNm) sufre procesamiento: adición de caperuza 5', cola poli(A) en 3', y splicing (eliminación de intrones, unión de exones)

5.4.3. Traducción: síntesis de proteínas

La traducción es la síntesis de proteínas a partir del ARNm, en los ribosomas.

Proceso:

1. El ARNm se une al ribosoma
2. Los ARNt llevan cada aminoácido al ribosoma, reconociendo los codones del ARNm mediante sus anticodones
3. Se forman enlaces peptídicos entre aminoácidos consecutivos
4. El ribosoma avanza en dirección 5'→3' del ARNm

Fases: Iniciación → Elongación → Terminación (codón de stop)

5.4.4. El código genético

El código genético es el conjunto de reglas que establece la correspondencia entre los codones del ARNm (tripletes de bases) y los aminoácidos.

Características:

• Triplete: 3 bases = 1 codón → 64 codones posibles
• Degenerado: un aminoácido puede estar codificado por varios codones
• Sin comas: se lee de forma continua
• Universal: prácticamente el mismo en todos los seres vivos
• Codón de inicio: AUG (metionina)
• Codones de stop: UAA, UAG, UGA

Dogma central de la biología molecular: ADN → ARN → Proteína

5.4.5. Mutaciones

Las mutaciones son cambios en la secuencia del ADN.

Clasificación por extensión:

• Génicas (puntuales): afectan a uno o pocos nucleótidos de un gen

- Sustitución, inserción, deleción

• Cromosómicas: afectan a segmentos del cromosoma

- Deleción, duplicación, inversión, translocación

• Genómicas: cambian el número de cromosomas (poliploidía, aneuploidía)

Agentes mutagénicos:

• Físicos: radiaciones ionizantes (rayos X, gamma), UV
• Químicos: análogos de bases, agentes alquilantes, intercalantes

📋 Preguntas PAU sobre mutaciones

EBAU — Madrid, julio 2024, pregunta A.3
c) Defina brevemente el concepto de mutación e indique un agente mutagénico físico y uno químico.