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Los ácidos nucleicos son biocompuestos esenciales para los organismos vivos. Se encuentran en dos formas -ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN)- estas cadenas poliméricas están compuestas por los mismos elementos básicos y monómeros de nucleótidos similares, aunque con diferencias específicas relacionadas con la forma y la función.

Elementos del ácido nucleico

Cada monómero de nucleótidos, y por tanto cada polímero de ácido nucleico, está compuesto por un grupo de cinco elementos. Estos elementos se unen para formar monosacáridos, grupos fosfato y nucleobases, también conocidas como bases nitrogenadas. Tanto en el ARN como en el ADN el grupo fosfato tiene la misma forma, pero hay diferencias en las bases nitrogenadas y las moléculas de azúcar. Los cinco elementos necesarios para construir una cadena de ácido nucleico son carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. La adición de fósforo hace que el ácido nucleico sea diferente a otras categorías de biocompuestos, a saber, los hidratos de carbono, los lípidos y las proteínas.

Monómeros de ácido nucleico

Las fórmulas químicas de los monómeros de ácido nucleico muestran las cantidades de cada elemento. Los monómeros de nucleótidos se denominan según el tipo de base nitrogenada que contienen. Cuando están libres, estos monómeros pueden tener grupos fosfato adicionales y encontrarse en forma de difosfato, trifosfato o polifosfato. Al formarse un polímero de ARN o ADN, se liberan los grupos fosfato adicionales, dejando sólo uno unido al monosacárido. La combinación de ribosa o desoxirribosa y grupo fosfato forma la columna vertebral del azúcar-fosfato. La base nitrogenada está unida a la molécula de azúcar. La adición de un grupo fosfato al nucleósido creado por el azúcar y la base nitrogenada forma un nucleótido. Por lo tanto, el monómero de nucleótido tiene varias estructuras específicamente denominadas: la columna vertebral del azúcar-fosfato, el nucleósido y las moléculas singulares de la base nitrogenada, el azúcar pentosa y el grupo fosfato.

En los ácidos nucleicos, los azúcares pentosa se presentan en dos formas diferentes, la ribosa y la desoxirribosa. La primera posee una molécula de oxígeno adicional que, en combinación con el hidrógeno, forma un grupo hidroxilo. Esta característica está ausente en la desoxirribosa.

Las bases nitrogenadas se clasifican según su tamaño. Las formas de doble anillo, llamadas purinas, son más grandes y largas y contienen cinco átomos de nitrógeno. Las formas de anillo simple, conocidas como pirimidinas, contienen entre dos y tres átomos de nitrógeno y son más pequeñas y cortas. Esto es importante en la característica de doble cadena del ADN y en el proceso de traducción, ya que sólo son posibles ciertos emparejamientos de bases nitrogenadas (emparejamientos Watson-Crick). Estos mantienen las dos hebras equidistantes entre sí. Una mnemotecnia para recordar qué nucleótidos pertenecen a cada grupo es la frase «Puro como el oro»; no hace falta decir que el resto de las bases pertenecen al grupo de las pirimidinas. Esto también nos indica que la adenina y la guanina no pueden crear un enlace de doble cadena juntas. En el ARN, otras combinaciones de bases son posibles y se conocen como emparejamientos no Watson-Crick.

En los emparejamientos Watson-Crick, las bases mayores, la adenina y la guanina nunca se emparejarán entre sí. Del mismo modo, las purinas no se emparejan entre sí (citosina, timina y uracilo). En el ADN, la adenina sólo se empareja con la timina y la guanina con la citosina. En el ARN, la adenina se empareja con el uracilo y la guanina con la citosina.

Las siguientes imágenes muestran la estructura química de cada tipo de monómero, donde se define claramente la forma pentagonal del monosacárido y su grupo fosfato unido y la nucleobase específica.

Monofosfato de adenosina (AMP): C10H14N5O7P

Esta fórmula química representa la suma de la base purina adenina (C5H5N5), la ribosa (C5H10O5) y el ácido fosfórico (H3PO4), donde las reacciones de condensación en los sitios de enlace de las moléculas pierden dos moléculas de agua (2H20). Esta es la forma de ARN.

Monofosfato de deoxiadenosina (dAMP): C10H14N5O6P

Esta fórmula química representa la suma de la base purina adenina (C5H5N5), la desoxirribosa(C5H10O4) y el ácido fosfórico (H3PO4), donde las reacciones de condensación en los sitios de enlace de las moléculas pierden dos moléculas de agua (2H20). Esta es la forma del ADN.

Monofosfato de guanosina (GMP): C10H14N5O8P

La suma de la base purina guanina (C5H5N5O), la ribosa (C5H10O5) y el ácido fosfórico (H3PO4), donde las reacciones de condensación en los sitios de enlace de las moléculas pierden dos moléculas de agua (2H20). Esta es la forma de ARN.

Monofosfato de deoxiguanosina (dGMP): C10H14N5O7P

La suma de la base purina guanina (C5H5N5O), la desoxirribosa (C5H10O4) y el ácido fosfórico (H3PO4), donde las reacciones de condensación en los sitios de enlace de las moléculas pierden dos moléculas de agua (2H20). Esta es la forma del ADN.

Monofosfato de uridina (UMP): C9H13N2O9P

La suma de la base pirimidínica uracilo (C4H4N2O2), la ribosa (C5H10O5) y el ácido fosfórico (H3PO4), donde las reacciones de condensación en los sitios de enlace de las moléculas pierden dos moléculas de agua (2H20). Sólo se encuentra en el ARN.

Monofosfato de Citidina (CMP): C9H14N3O8P

La suma de la base pirimidina citosina (C4H5N3O), la ribosa (C5H10O5) y el ácido fosfórico (H3PO4), donde las reacciones de condensación en los sitios de enlace de las moléculas pierden dos moléculas de agua (2H20). Esta es la forma de ARN.

Monofosfato de deoxicitidina (dCMP): C9H14N3O8P

La suma de la base pirimidina citosina (C4H5N3O), la desoxirribosa (C5H10O4) y el ácido fosfórico (H3PO4), donde las reacciones de condensación en los sitios de enlace de las moléculas pierden dos moléculas de agua (2H20). Esta es la forma del ADN.

Monofosfato de Timidina (TMP): C10H15N2O8P

La suma de la base pirimidina timina (C5H6N2O2), la desoxirribosa (C5H10O4) y el ácido fosfórico (H3PO4), donde las reacciones de condensación en los sitios de enlace de las moléculas pierden dos moléculas de agua (2H20). Sólo se encuentra en el ADN.