Biomoléculas (V).

Nucleótidos.

Llegamos al final del primer gran tramo de la bioquímica, las entradas dedicadas a las biomoléculas, y por fin nos adentraremos en el campo de la biología molecular. La columna de hoy está dedicada a los ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicos son dos tipos de moléculas, fundamentalmente, el DNA/ADN* o Ácido DesoxirriboNucleico; y el RNA/ARN o Ácido RiboNucleico. Fundamentalmente, DNA y RNA comparten la misma estructura polimérica en la que los monómeros son los nucleótidos. Cada nucléotido se compone de una pentosa, Ribosa en el RNA y Desoxi-Ribosa en el caso del DNA (la diferencia entre ambas es que en la Ribosa hay un grupo hidroxilo más en el carbono C2'), que une en su carbono C5' entre uno y tres fosfatos, a través de enlaces éster; y en su carbono C1' una base nitrogenada del grupo de las purinas o del de las pirimidinas mediante enlace glucosídico (la numeración se indica con un apóstrofe o signo de prima porque los carbonos principales son de la base nitrogenada). Las bases nitrogenadas son, en tres casos, las mismas para ambos ácidos nucleicos: Adenina, Citosina y Guanina. La cuarta base varía, siendo la Timina para el DNA y el Uracilo en el RNA.

La polimerización de los nucleótidos es muy estereotipada: los fosfatos en 5' unen siempre con otros nucleótidos por el hidroxilo 3'. Esto hace que se forme siempre una cadena con el eje pentosa-fosfato y las bases nitrogenadas en el lado. La diferente combinación de las bases nitrogenadas, por otro lado, es lo que compone el mensaje genético en un formato u otro (DNA o RNA). La cuestión es que las bases nitrogenadas presentan diferentes cargas en sus anillos, lo que da pie a la formación de diferentes oportunidades para enlaces de hidrógeno. Normalmente, esos puentes de hidrógeno se cierran entre Citosina y Guanina, por una parte, y entre Adenina y Timina o Uracilo por otra. Además, los nucleótidos no sólo tienen el papel estructural en los ácidos nucléicos sino que también tienen funciones energéticas y de señalización: el ATP (Adenosin-TriFosfato) es la molécula fundamental de transferencia de energía en los seres vivos en virtud de toda la energía química que se acumula en los enlaces entre los fosfatos 2 y 3 (lo que ocurre, precisamente, en forma de activación de mecanismos enzimáticos al proporcionar la energía para la transición de estado de las reacciones catalizadas que comentaba en la última entrega) pero además es una molécula que actúa como señalizador y segundo mensajero al convertirse en la forma cíclica de AMPc (Adenosin-MonoFosfato cíclico).

Después de lo expuesto, se puede comprender que los nucleótidos son esenciales para toda forma de vida conocida pero ¿por qué dos tipos de moléculas? EL DNA es, fundamentalmente, el material genético permanente de las células (en el núcleo cuando hay uno, sobre todo) y el RNA es un material producido a partir del DNA con diferentes funciones. Normalmente, según el Dogma Central de la Biología Molecular, el DNA es el molde para la producción de RNA y éste es la forma de transmisión del mensaje genético dentro de la célula para producir proteínas. Esto lleva implícita una jerarquía por la que el RNA nunca induce cambios en el DNA, lo que no es cierto del todo (la excepción está en los retrovirus, que llevan RNA y una enzima, la transcriptasa inversa, que produce DNA a partir de RNA) pero que, a grandes rasgos, es válido en lo que nos concierne. El DNA se mantiene como los planos completos de las células a partir de los que se producen planos parciales con los que producir las piezas.

DNA y RNA.

Entre las características del DNA está que es duplexo: forma una doble helicoide sostenida por los puentes de hidrógeno entre Guanina y Citosina (3 puentes) y entre Adenina y Timina (2 puentes) en la que una cadena será denominada como cadena con sentido y la otra como cadena anti-sentido. La helicoide será más estable cuanto mayor sea la proporción de G+C y menor la de A+T. El equilibrio entre estabilidad y flexibilidad tiene su importancia para ciertas interacciones pero el hecho de que sea duplexo lo diferencia categoricamente del RNA. El RNA rarisimamente es duplexo: se produce casi siempre (otra vez la excepción son los virus) a partir de un DNA molde y en forma simplexa.

La estructura duplexa del DNA, esa doble helicoide que nos resulta tan familiar ahora, fue un hallazgo fundamental porque permitió todo el desarrollo posterior de la biotecnología al revelar la replicación semiconservativa del DNA (es decir, que el DNA en las células en división se duplica empleando las dos hebras originales como molde para otras dos siguiendo la complementariedad A+T C+G y, así, en las células que se originan a partir de la original, la mitad del DNA es viejo. Además, la estructura de doble helicoide tiene unas propiedades en cuanto al paso de vuelta y el sentido de giro que son bastante uniformes (aunque haya en realidad varias formas conocidas dextrógiras y una levógira, por lo menos, la Z, nombradas por letras del alfabeto y que tienen que ver con fenómenos de la biología molecular).

El RNA, por otra parte, es un material más complejo en la variedad de moléculas que lo componen. Existen, no obstante, tres variedades mayoritarias diferentes, mRNA (RNA mensajero), tRNA (RNA transferente) y rRNA (RNA ribosomal). El primero es el producto de la Transcripción, es una hebra de RNA producida a partir de la cadena anti-sentido como molde (la nomenclatura de sentido y anti-sentido se refiere sólo a que la hebra de DNA coíncide con el mRNA pero tiene importancia en los fenómenos que veremos posteriormente) y que es la forma de expresión de los genes. El mRNA es, precisamente, procesado en los ribosomas (pequeños orgánulos compuestos por proteínas y rRNA) para producir las proteínas en la Traducción con participación de los tRNA. La mejor forma de visualizar esto es de la siguiente forma: el DNA es la base de datos central con los planos generales de la célula, a partir de esta base de datos central se producen planos parciales que corresponderían a las piezas de la célula, las proteínas. Los planos parciales son enviados desde el núcleo en forma de mRNA y leídos en los ribosomas, que serían los lectores y ensambladores de las proteínas. Los tRNA son los elementos portadores de los aminoácidos, los repartidores que proporcionan éstos para formar las proteínas. La interacción entre la estructura secundaria de los tRNA y los rRNA de los ribosomas ajusta la entrada de los primeros en los los sitios funcionales de estos orgánulos mientras que los extremos sensibles de los tRNA encajan con los mRNA como tripletes.

Por el momento, dejo aquí el tema. Los procesos de biología molecular necesitan algo más de trabajo y la columna se ha alargado bastante. Además, mañana es mi cumpleaños y creo que me puedo permitir la indulgencia.

Referencias interesantes:

Nucleótidos.
DNA.
RNA.

*Nota personal: reconozco que ahora uso más la forma inglesa por manejo habitual de los artículos y publicaciones pero he tardado los séis años de carrera en quitarme el hábito de usar las siglas en castellano.

P.S.: como no tengo ahora mismo otra tribuna para expresar mi asombro, utilizo ésta, vaya. He visto en un corte de los Algos previo a Nada por Aquí, de Cuatro, a uno de los muñecos invocando a Azathoth y a Shub-Niggurath. Definitivamente, los creativos están infiltrados.