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title: "Nucleótidos y ácidos nucleicos"
book: "Biología universitaria — primer año"
subject: biology
language: es
chapter: 11
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos
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# Capítulo 11 — Nucleótidos y ácidos nucleicos

Viértase etanol frío sobre una disolución de [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) rotas y aparecerá una nube blanca de fibras que puede enrollarse en una varilla de vidrio: es el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain), la molécula que lleva todas las instrucciones del [organismo](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/1-el-organismo-un-sistema-en-interaccion-con-su-medio#def-b1-organism-environment-organism), visible a simple vista. Dos metros de él están plegados en cada núcleo humano; está escrito por entero en un alfabeto de cuatro letras, se lee en un solo sentido y se copia separando dos hebras que encajan la una en la otra como una mano y su guante. Este capítulo describe los [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) — letras, [moneda energética](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp) y coenzimas a la vez —, las cadenas que forman, la [doble hélice](#thm-b1-nucleic-acids-helix) y las pruebas que la sostienen, lo que ocurre cuando se funde y se vuelve a aparear, y los [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) que llevan su mensaje al resto de la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell).

## 11.1 Nucleótidos

**Definición 11.1 (Nucleótido).**

Un *nucleótido* consta de tres partes: una *base* nitrogenada — una *purina* (adenina A, guanina G: dos anillos condensados) o una *pirimidina* (citosina C, timina T, uracilo U: un anillo) —; un azúcar de cinco carbonos, la *ribosa* en el [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) o la *2$'$-desoxirribosa* en el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) (que carece del hidroxilo del carbono $2'$); y de uno a tres grupos *fosfato* sobre el carbono $5'$ del azúcar. La base se une al carbono $1'$; los carbonos del azúcar se numeran con prima para distinguirlos de los de la base. La base más el azúcar forman un *nucleósido* (adenosina, guanosina, citidina, timidina, uridina); con los fosfatos es un nucleótido (AMP, ADP, [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp) y sus parientes).

![Las partes de un nucleótido: una base sobre el carbono 1' de una pentosa y fosfatos sobre el carbono 5'. El hidroxilo del 3' es donde se unirá el nucleótido siguiente de la cadena; la posición 2' distingue el ARN (OH) del ADN (H).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-f65e5d0d9ef2.svg)

*Las partes de un [nucleótido](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide): una [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) sobre el carbono $1'$ de una pentosa y fosfatos sobre el carbono $5'$. El hidroxilo del $3'$ es donde se unirá el [nucleótido](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) siguiente de la cadena; la posición $2'$ distingue el [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) (OH) del [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) (H).*

**Proposición 11.2 (Los nucleótidos desempeñan tres tareas).**

Además de ser los monómeros del [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) y del [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain), los [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) son la *[moneda energética](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp)* de la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) — [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp) y GTP, cuyos [enlaces fosfoanhídrido](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp) ([Capítulo 8](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#ch-b1-water-small-molecules)) pagan la síntesis, el transporte y el movimiento —; sus *coenzimas* — $\mathrm{NAD^+}$, $\mathrm{NADP^+}$ y FAD, que transportan electrones en la respiración y en la fotosíntesis ([Capítulo 15](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/15-respiracion-celular-y-fermentacion#ch-b1-respiration-fermentation)), y la coenzima A, que transporta grupos acilo —; y sus *mensajeros* — el AMP cíclico, que retransmite señales hormonales dentro de las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell). Todos ellos son [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) de adenina o están construidos sobre ellos: la misma molécula que deletrea el mensaje alimenta su ejecución.

## 11.2 La cadena polinucleotídica

**Definición 11.3 (Enlace fosfodiéster, polaridad).**

Los [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) se unen en un *polinucleótido* mediante *enlaces fosfodiéster*: el fosfato del carbono $5'$ de un [nucleótido](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) se enlaza al hidroxilo $3'$ del siguiente. La cadena tiene por tanto un *esqueleto* de azúcar y fosfato, uniforme y cargado negativamente (una carga por fosfato), del que las [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) sobresalen como una secuencia; y tiene un sentido: un *extremo $5'$* con un fosfato libre y un *extremo $3'$* con un hidroxilo libre. Las secuencias se escriben y se leen de $5' \to 3'$, el sentido en que se sintetizan las cadenas. El *ADN* (ácido desoxirribonucleico) usa desoxirribosa y las [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) A, G, C, T; el *ARN* (ácido ribonucleico) usa ribosa y A, G, C, U.

![Una cadena de cuatro nucleótidos. El fosfato 5' de cada nucleótido se une al hidroxilo 3' del que está encima por un enlace fosfodiéster; la cadena va de un extremo 5' a un extremo 3' y las bases cuelgan de un esqueleto uniforme.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-552f4825786a.svg)

*Una cadena de cuatro [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide). El fosfato $5'$ de cada [nucleótido](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) se une al hidroxilo $3'$ del que está encima por un [enlace fosfodiéster](#def-b1-nucleic-acids-chain); la cadena va de un extremo $5'$ a un extremo $3'$ y las [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) cuelgan de un esqueleto uniforme.*

**Ejemplo 11.4 (El ARN es frágil, el ADN es duradero).**

El hidroxilo $2'$ de la ribosa puede atacar al [enlace fosfodiéster](#def-b1-nucleic-acids-chain) vecino: en un álcali suave el [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) se hidroliza a [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) en cuestión de horas, mientras que el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain), que carece de ese hidroxilo, resiste la ebullición en álcali y se ha recuperado intacto de huesos de decenas de miles de años. El uracilo del [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) es la timina sin su grupo metilo; el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) usa timina para que la citosina, que pierde lentamente su grupo amino y se convierte en uracilo, pueda reconocerse como dañada y repararse: un uracilo en el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) es siempre un error.

## 11.3 La doble hélice

**Proposición 11.5 (Las reglas de Chargaff).**

En el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) de cualquier [organismo](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/1-el-organismo-un-sistema-en-interaccion-con-su-medio#def-b1-organism-environment-organism) la cantidad de adenina iguala a la de timina y la de guanina a la de citosina ($A = T$, $G = C$, y por tanto [purinas](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) $=$ [pirimidinas](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide)), mientras que el cociente $(G + C)/(A + T)$ varía de una especie a otra (del $25\,\%$ al $75\,\%$ de $G + C$).

**Evidencia.** [Chargaff](#prop-b1-nucleic-acids-chargaff) (1950) hidrolizó [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) de muchos [organismos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/1-el-organismo-un-sistema-en-interaccion-con-su-medio#def-b1-organism-environment-organism) y separó las [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) por cromatografía, midiendo cada una por su absorción ultravioleta. Las igualdades se cumplieron dentro del error experimental para todos los [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain); el contenido en $G + C$ no, y era el mismo en todos los [tejidos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/4-planes-de-organizacion-animal-y-tejidos#def-b1-body-plans-tissues-tissue) de un mismo [organismo](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/1-el-organismo-un-sistema-en-interaccion-con-su-medio#def-b1-organism-environment-organism). ∎

**Teorema 11.6 (La doble hélice de Watson y Crick).**

El [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) son dos cadenas polinucleotídicas enrolladas en torno a un eje común formando una *[doble hélice](#thm-b1-nucleic-acids-helix)* dextrógira: los esqueletos de azúcar y fosfato por fuera y las [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) dentro, planas y apiladas perpendicularmente al eje. Las cadenas son *antiparalelas* (una va de $5' \to 3'$ hacia arriba y la otra hacia abajo) y *complementarias*: frente a cada A hay una T, unidas por dos [enlaces de hidrógeno](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-water), y frente a cada G una C, unidas por tres; cada uno de esos *[pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix)* tiene la misma anchura, de modo que la hélice es uniforme sea cual sea la secuencia. En la forma B, la habitual, la hélice mide $2\,\mathrm{nm}$ de ancho, asciende $0.34\,\mathrm{nm}$ por [par de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) y $3.4\,\mathrm{nm}$ por vuelta de diez pares, y muestra un *surco mayor* ancho y un *surco menor* estrecho en los que los bordes de las [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) quedan expuestos a las proteínas.

**Evidencia.** Las imágenes de difracción de rayos X de fibras de [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) obtenidas por Franklin (1952) mostraban la cruz de una hélice con una repetición de $3.4\,\mathrm{nm}$ a lo largo del eje, una reflexión intensa a $0.34\,\mathrm{nm}$ (unidades planas apiladas) y un diámetro de $2\,\mathrm{nm}$; los fosfatos, los átomos más pesados, tenían que estar fuera. Watson y Crick (1953) encontraron que una [purina](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) apareada con una [pirimidina](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) — y solo A con T y G con C — da pares de igual anchura que encajan en los $2\,\mathrm{nm}$ de diámetro, lo que explica las reglas de [Chargaff](#prop-b1-nucleic-acids-chargaff), y que dos cadenas antiparalelas así apareadas construyen una hélice regular con las dimensiones de la fibra. El modelo predecía que cada cadena es un molde para la otra; la demostración de la replicación semiconservativa por Meselson y Stahl (recordada del volumen de bachillerato y en el [Capítulo 18](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/18-replicacion-del-adn-y-mitosis#ch-b1-replication-mitosis)) lo confirmó. ∎

![A la izquierda: un modelo de la doble hélice; los dos esqueletos se enrollan alrededor de los pares de bases apilados y dejan un surco mayor y un surco menor. A la derecha: esos mismos diez pares de bases desenrollados en escalera: hebras antiparalelas, pares complementarios de igual anchura, 0.34\, nm por par y 3.4\, nm por vuelta.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/img-5407ac7ed0f4.jpg)

![A la izquierda: un modelo de la doble hélice; los dos esqueletos se enrollan alrededor de los pares de bases apilados y dejan un surco mayor y un surco menor. A la derecha: esos mismos diez pares de bases desenrollados en escalera: hebras antiparalelas, pares complementarios de igual anchura, 0.34\, nm por par y 3.4\, nm por vuelta.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-0322608da380.svg)

*A la izquierda: un modelo de la [doble hélice](#thm-b1-nucleic-acids-helix); los dos esqueletos se enrollan alrededor de los [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) apilados y dejan un surco mayor y un surco menor. A la derecha: esos mismos diez [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) desenrollados en escalera: hebras antiparalelas, pares complementarios de igual anchura, $0.34\,\mathrm{nm}$ por par y $3.4\,\mathrm{nm}$ por vuelta.*

**Ejemplo 11.7 (Leer una hebra).**

Si una hebra dice $5'$-ATGGCATTC-$3'$, su compañera, escrita de $5' \to 3'$, es $5'$-GAATGCCAT-$3'$: complétese cada [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) y después inviértase el orden. Nueve pares, $3.1\,\mathrm{nm}$ de hélice y veintidós [enlaces de hidrógeno](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-water) (cinco G–C y cuatro A–T). Un cromosoma humano de $2.5 \times 10^{8}$ pares mide $8.5\,\mathrm{cm}$ de largo en esta forma y debe plegarse cien mil veces para caber en un núcleo ([Capítulo 17](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#ch-b1-genomes)).

**Proposición 11.8 (Qué mantiene unida la hélice).**

Los [enlaces de hidrógeno](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-water) entre las [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) apareadas dan la especificidad; el *apilamiento* de las [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) planas unas sobre otras — contactos de [van der Waals](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-bonds) y el [efecto hidrófobo](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#prop-b1-water-small-molecules-properties), que mantiene las [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) fuera del agua — aporta la mayor parte de la estabilidad; los esqueletos, cargados negativamente, se repelen, y la hélice solo es estable en presencia de cationes (el $\mathrm{Mg^{2+}}$ y el $\mathrm{Na^+}$ fisiológicos, o las proteínas básicas de la cromatina) que apantallen la carga. Un par G–C, con tres [enlaces de hidrógeno](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-water) y un [apilamiento](#prop-b1-nucleic-acids-stability) más fuerte, aguanta mejor que un par A–T.

## 11.4 Fusión e hibridación

**Definición 11.9 (Desnaturalización, temperatura de fusión).**

El calor, o un pH extremo, separa las dos hebras del [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain): es la *desnaturalización* (fusión), una transición cooperativa que ocurre en unos pocos grados y cuyo punto medio es la *temperatura de fusión* $T_m$. Va acompañada del *efecto hipercrómico*: las hebras sencillas absorben alrededor de un $40\,\%$ más de luz ultravioleta a $260\,\mathrm{nm}$ que esas mismas [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) apiladas en una hélice. $T_m$ sube con el contenido en $G + C$ ($0.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ por punto porcentual), con la concentración salina y con la longitud; en una sal $0.15\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$, un [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) largo con un $50\,\%$ de $G + C$ funde cerca de $90\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Al enfriarse despacio, las hebras encuentran a sus complementarias y rehacen la hélice: es la *renaturalización*, o *hibridación* cuando las hebras proceden de fuentes distintas.

![Curvas de fusión de dos ADN en la misma sal. La absorbancia sube un 40\,\% a medida que se separan las hebras, en unos pocos grados; el punto medio, T_m, es mayor para el ADN más rico en pares G–C.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-4ca6880f2a54.svg)

*Curvas de fusión de dos [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) en la misma sal. La absorbancia sube un $40\,\%$ a medida que se separan las hebras, en unos pocos grados; el punto medio, $T_m$, es mayor para el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) más rico en pares G–C.*

**Método 11.10 (Medida de ácidos nucleicos por absorbancia).**

1. Las [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) absorben luz ultravioleta con un máximo a $260\,\mathrm{nm}$ . En una cubeta de $1\,\mathrm{cm}$ , una absorbancia de $1.0$ corresponde a $50\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$ de [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) bicatenario ( $40\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$ de [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) , $33\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$ de [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) monocatenario).
2. El cociente $A_{260}/A_{280}$ es de $1.8$ para el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) puro y de $2.0$ para el [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) puro; las proteínas absorben a $280\,\mathrm{nm}$ y lo rebajan.
3. Para seguir la fusión, regístrese $A_{260}$ mientras se calienta despacio; el punto medio de la curva es $T_m$ y su pendiente, una medida de la homogeneidad de la muestra.
4. Para detectar una secuencia, desnaturalícese la muestra y añádase una hebra sencilla marcada complementaria de ella (una *sonda* ); hibrida solo donde está su complementaria, y la marca señala el lugar: en un gel, en un cromosoma, en un [tejido](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/4-planes-de-organizacion-animal-y-tejidos#def-b1-body-plans-tissues-tissue) .

![ADN precipitado con etanol frío a partir de un lisado celular y enrollado en una varilla de vidrio: unos pocos miligramos de la molécula, visibles como fibras porque cada una tiene millones de pares de bases.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/img-0d5f3fd6943a.jpg)

*[ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) precipitado con etanol frío a partir de un lisado celular y enrollado en una varilla de vidrio: unos pocos miligramos de la molécula, visibles como fibras porque cada una tiene millones de [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix).*

**Ejemplo 11.11 (Una sonda encuentra un gen).**

Una sonda de veinte [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) complementaria de un gen, a $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ por debajo de su propia $T_m$, se une a su complementaria exacta y a nada más en tres mil millones de [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix): un solo desapareamiento entre veinte baja la $T_m$ varios grados y el híbrido desapareado funde. La especificidad del apareamiento de [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide), multiplicada por veinte posiciones, es aquello en lo que se apoya toda prueba de [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain), desde la paternidad hasta la detección de patógenos.

## 11.5 El ARN

**Definición 11.12 (Los ARN).**

El [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) suele ser monocatenario y se pliega sobre sí mismo allí donde lo permiten tramos complementarios cortos, formando horquillas, bucles y protuberancias — una *estructura secundaria* — que luego se compacta en una forma. Tres clases sostienen el flujo de la información genética ([Capítulo 19](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/19-expresion-genica-transcripcion-y-traduccion#ch-b1-gene-expression)): el *ARN mensajero* (ARNm), una copia de un gen que lee el ribosoma; el *ARN de transferencia* (ARNt), unos $75\,$ [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) plegados en trébol, que lleva un aminoácido en su extremo $3'$ y un *anticodón* que se aparea con el mensaje; y el *ARN ribosómico* (ARNr), el núcleo estructural y catalítico del ribosoma, cuatro quintas partes del [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) de una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell). Muchos otros [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) regulan, cortan y guían (volumen del tercer año).

![Un ARN de transferencia en su estructura secundaria en trébol: una sola hebra de unos 75 nucleótidos apareada consigo misma en cuatro brazos. El aminoácido se transporta en el extremo 3'; el anticodón, en el extremo opuesto, lee el mensaje.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-bf14d37ac8b7.svg)

*Un [ARN de transferencia](#def-b1-nucleic-acids-rnas) en su estructura secundaria en trébol: una sola hebra de unos 75 [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) apareada consigo misma en cuatro brazos. El aminoácido se transporta en el extremo $3'$; el anticodón, en el extremo opuesto, lee el mensaje.*

**Observación 11.13 (El ARN puede ser catalizador).**

Algunos [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) son enzimas (*ribozimas*): el enlace peptídico de todas las proteínas lo forma el [ARN ribosómico](#def-b1-nucleic-acids-rnas), y no una proteína, y algunos [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) se cortan y se empalman a sí mismos. Una molécula que a la vez lleva información y cataliza reacciones es de lo que pudo estar hecho un primer sistema vivo; el mundo del [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) y las proteínas sería entonces una división del trabajo posterior, con el [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) conservado en su centro.

## 11.6 Ejercicios

**Ejercicio 11.1 ★.**

Nómbrense las tres partes de un [nucleótido](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) y las dos diferencias entre un ribonucleótido y un desoxirribonucleótido.

**Solución de Ejercicio 11.1.**

Una [base nitrogenada](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide), una pentosa y de uno a tres fosfatos. [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain): ribosa (con un hidroxilo en $2'$) y uracilo; [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain): $2'$-desoxirribosa y timina.

**Ejercicio 11.2 ★.**

Escríbase la hebra complementaria de $5'$-GGATCCTA-$3'$ en el sentido $5' \to 3'$ y cuéntense sus [enlaces de hidrógeno](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-water).

**Solución de Ejercicio 11.2.**

$5'$-TAGGATCC-$3'$. Pares: G–C, G–C, A–T, T–A, C–G, C–G, T–A, A–T: cuatro G–C (12 enlaces) y cuatro A–T (8): 20 [enlaces de hidrógeno](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-water).

**Ejercicio 11.3 ★.**

Un [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) contiene un $22\,\%$ de adenina. Dense los porcentajes de T, G y C, y el contenido en $G + C$.

**Solución de Ejercicio 11.3.**

T, $22\,\%$; G y C se reparten el $56\,\%$ restante: $28\,\%$ cada una; $G + C = 56\,\%$.

**Ejercicio 11.4 ★.**

A partir de la figura de la fusión, ¿cuál es la $T_m$ de un [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) con un $50\,\%$ de $G + C$ en las mismas condiciones, y cuánto sube la absorbancia al fundirse?

**Solución de Ejercicio 11.4.**

Entre las dos curvas, a $0.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ por punto porcentual: unos $85\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. La absorbancia sube un $40\,\%$.

**Ejercicio 11.5 ★★.**

Calcúlense la longitud del cromosoma de *E. coli* ($4.6 \times 10^{6}$ [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix)) en milímetros, su número de vueltas y el factor de compactación necesario para que quepa en una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) de $2\,\text{µ}\mathrm{m}$.

**Solución de Ejercicio 11.5.**

$4.6 \times 10^{6}\times 0.34\,\mathrm{nm} = 1.56\,\mathrm{mm}$; $460\,000$ vueltas; $1560/2 = 780$ veces en longitud (el cromosoma está plegado en bucles y superenrollamientos).

**Ejercicio 11.6 ★★.**

Explíquese por qué las dos hebras del [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) deben ser antiparalelas, usando la geometría del esqueleto de azúcar y fosfato y la exigencia de que todos los [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) tengan la misma anchura.

**Solución de Ejercicio 11.6.**

Las [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) se aparean con sus bordes enfrentados, y el azúcar de cada una queda del mismo lado del par solo si los dos esqueletos discurren en sentidos opuestos; con hebras paralelas los dos azúcares quedarían en bordes opuestos y la anchura del par, así como la posición del esqueleto, variarían con la secuencia. Las hebras antiparalelas con pares purina–pirimidina dan los $2\,\mathrm{nm}$ constantes que exige el patrón de la fibra.

**Ejercicio 11.7 ★★.**

Una disolución de [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) tiene $A_{260} = 0.35$ en una cubeta de $1\,\mathrm{cm}$ y $A_{280} = 0.20$. Calcúlese la concentración y coméntese la pureza. ¿Cuántos [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) hay en $1\,\mathrm{mL}$, si la masa media de un par es de $650\,\mathrm{Da}$?

**Solución de Ejercicio 11.7.**

$0.35\times 50 = 17.5\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$. $A_{260}/A_{280} = 1.75$: [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) esencialmente puro (1,8), quizá con trazas de proteína. En $1\,\mathrm{mL}$: $17.5\times 10^{-6}/(650\times 1.66\times 10^{-24}) =
1.6 \times 10^{16}$ [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix).

**Ejercicio 11.8 ★★.**

Explíquense el efecto hipercrómico y por qué la curva de fusión de un [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) puro es abrupta mientras que la de una mezcla de [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) de muchas especies está extendida.

**Solución de Ejercicio 11.8.**

Las [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) apiladas se protegen unas a otras y absorben menos; separar las hebras expone cada [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) a la luz y la absorbancia sube un $40\,\%$. Un [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) puro funde en unos pocos grados en torno a su única $T_m$, de forma cooperativa; una mezcla contiene [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) de muchos contenidos en $G + C$, cada uno con su propia $T_m$, así que la suma de sus curvas se extiende a lo largo de decenas de grados.

**Ejercicio 11.9 ★★.**

Una sonda de veinte [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) tiene $T_m = 62\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ con su complementaria exacta; un desapareamiento baja la $T_m$ unos $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. ¿A qué temperatura debería hacerse la [hibridación](#def-b1-nucleic-acids-melting) para detectar la secuencia exacta y rechazar los desapareamientos sencillos? ¿Qué ocurre a $45\,{}^{\circ}\mathrm{C}$?

**Solución de Ejercicio 11.9.**

Justo por debajo de $62\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ y por encima de $57\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, digamos $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: el híbrido perfecto aguanta y el desapareado funde. A $45\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ son estables híbridos con hasta tres desapareamientos y la sonda ilumina también secuencias emparentadas.

**Ejercicio 11.10 ★★★.**

Las reglas de [Chargaff](#prop-b1-nucleic-acids-chargaff) se cumplen en el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) bicatenario, pero no en el [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain) ni en el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) de ciertos virus pequeños. Explíquese qué dice cada excepción sobre la estructura de esos ácidos nucleicos.

**Solución de Ejercicio 11.10.**

Las reglas se siguen del apareamiento de [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) entre dos hebras complementarias. El [ARN](#def-b1-nucleic-acids-chain), monocatenario, no tiene compañera que restrinja su composición, de modo que en general $A \neq U$; los virus pequeños en cuestión tienen genomas de [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) monocatenario, que tampoco tienen por qué cumplir las reglas, y ese incumplimiento fue una de las primeras pistas de que eran monocatenarios.

**Ejercicio 11.11 ★★★.**

Dos [enlaces de hidrógeno](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-water) mantienen un par A–T, y sin embargo una hélice de mil pares A–T es estable a $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, mientras que un par aislado ni siquiera se forma. Explíquese con las ideas del [Capítulo 8](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#ch-b1-water-small-molecules) (enlaces débiles, cooperatividad, [apilamiento](#prop-b1-nucleic-acids-stability)), y dígase qué implica esto para la fidelidad de una sonda.

**Solución de Ejercicio 11.11.**

Cada par por sí solo vale unos pocos kilojulios por mol, menos que la agitación térmica, y se forma y se rompe en microsegundos. En una hélice los pares se forman juntos: cada par se apila sobre el anterior y los primeros pares nuclean al resto, de modo que las energías se suman y la probabilidad de que se rompan todos a la vez es despreciable: es la cooperatividad. El [apilamiento](#prop-b1-nucleic-acids-stability) aporta tanto como los [enlaces de hidrógeno](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-water). Para una sonda esto significa que la estabilidad crece con la longitud y cae bruscamente con cada desapareamiento, que rompe la serie cooperativa: la especificidad es una propiedad del tramo entero.

**Ejercicio 11.12 ★★★.**

“La estructura del [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) es la explicación de la herencia.” Discútase en un párrafo: qué explica de inmediato la [doble hélice](#thm-b1-nucleic-acids-helix) (la copia, la mutación como cambio de secuencia), qué no explica por sí sola (cómo la secuencia llega a ser una proteína) y por qué el modelo de Watson y Crick se aceptó antes de cualquier prueba bioquímica.

**Solución de Ejercicio 11.12.**

La hélice explica la copia de inmediato: cada hebra especifica a la otra, de modo que separarlas y aparear [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) nuevos en cada una da dos moléculas idénticas; una mutación es una [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) equivocada fijada en una copia y copiada fielmente a partir de entonces. No dice, por sí sola, cómo una secuencia de cuatro [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) especifica una proteína: eso costó una década (código, ARNm, ARNt, ribosoma). El modelo se aceptó porque encajaba con todas las medidas ([Chargaff](#prop-b1-nucleic-acids-chargaff), las dimensiones de rayos X, la densidad) sin dejar nada suelto, y porque su explicación de la herencia era tan económica que la alternativa — una coincidencia — resultaba inverosímil; Meselson y Stahl confirmaron después la copia que predecía.

## 11.7 Problema: el genoma de un virus

**Problema 11.1.**

Problema de fin de semana — el ADN del fago $\lambda$ medido, pesado, contado, fundido y empaquetado en su cápside, hasta llegar a su temperatura de fusión y a su longitud de contorno

El genoma del bacteriófago $\lambda$ es un único [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) bicatenario lineal de $48\,502$ [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) con un contenido en $G + C$ del $49.9\,\%$. Está empaquetado en una cápside icosaédrica de $55\,\mathrm{nm}$ de diámetro interno. Tómense $0.34\,\mathrm{nm}$ por [par de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix), $2.0\,\mathrm{nm}$ de diámetro de hélice, $650\,\mathrm{Da}$ por [par de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) y $T_m = 81.5 + 16.6\log_{10}[\mathrm{Na^+}]
+ 0.41\,(\%\,G{+}C) - 500/L$ en grados Celsius, con $[\mathrm{Na^+}]$ en $\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ y $L$ la longitud en [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix).

**Parte I — Medido y pesado.**

1. Calcúlese la longitud de contorno de la molécula en micrómetros.
2. Calcúlese el número de vueltas de la hélice.
3. Calcúlese su masa molar en dalton.
4. Calcúlese la masa de una molécula en gramos.
5. Calcúlense el número de grupos fosfato y, con ello, la carga neta de la molécula.
6. Calcúlese el número de [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) de cada [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) (A, T, G, C).
7. Calcúlese el número total de [enlaces de hidrógeno](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-water) que mantienen unidas las dos hebras.

**Parte II — Fundido.**

8. Calcúlese $T_m$ en sodio $0.1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ .
9. Calcúlese $T_m$ en sodio $0.01\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ y explíquese por qué la sal estabiliza la hélice.
10. El genoma de $\lambda$ contiene una región de $1000\,$ pares con un $35\,\%$ de $G + C$ y otra con un $62\,\%$ . Calcúlese la $T_m$ de cada región en sodio $0.1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ y descríbase la forma de la curva de fusión de la molécula entera.
11. Una disolución de [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) de $\lambda$ tiene $A_{260} = 0.50$ antes de la fusión. ¿Cuál es su concentración, y cuánto valdrá $A_{260}$ tras la fusión completa?
12. ¿Cuántas moléculas de $\lambda$ hay en $1\,\mathrm{mL}$ de esa disolución?
13. Los dos extremos del genoma de $\lambda$ son salientes monocatenarios de 12 [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) , complementarios entre sí, por los que la molécula se circulariza en el hospedador. Calcúlese su $T_m$ (úsese $L = 12$ ) y dígase por qué, pese a ello, el círculo aguanta a $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dentro de la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) .

**Parte III — Empaquetado.**

14. Calcúlese el volumen del [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) como cilindro.
15. Calcúlese el volumen interno de la cápside.
16. ¿Qué fracción de la cápside ocupa el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) ? Compárese con el empaquetamiento más denso de cilindros paralelos ( $91\,\%$ ).
17. El [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) lleva $97\,000$ cargas negativas dentro de una esfera de $55\,\mathrm{nm}$ . Explíquese qué debe acompañar al [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) dentro de la cápside, y por qué el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) empaquetado ejerce sobre la envoltura una presión (de decenas de atmósferas) que ayuda a inyectarlo en una bacteria.
18. La molécula debe doblarse en bucles de radio comparable al de la cápside. El [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) se resiste a doblarse por debajo de un radio de unos $50\,\mathrm{nm}$ . Coméntese.

**Parte IV — Leído.**

19. Una hebra del genoma empieza por $5'$ -GGGCGGCGACCT- $3'$ . Escríbase la hebra complementaria de $5' \to 3'$ .
20. Si un gen de $1200$ [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) se transcribe a un ARNm, ¿cuál es la longitud del ARNm en [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) y, a $330\,\mathrm{Da}$ por [nucleótido](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) , su masa?
21. El genoma tiene $75\,$ genes en $48\,502$ pares. ¿Qué fracción del genoma es codificante si el gen medio tiene $600$ pares? Compárese con el genoma humano ( $1.5\,\%$ ).
22. El genoma se replica en $20\,\mathrm{min}$ a $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ con las enzimas del hospedador. Calcúlese la velocidad en [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) por segundo si la replicación empieza en un origen y avanza en ambos sentidos.
23. ¿Cuántos [enlaces de hidrógeno](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-water) se rompen por segundo en las dos horquillas durante la replicación (úsese la media por par de la pregunta 7)?
24. Una mutación cambia un par G–C por uno A–T. ¿Cuánto varía la $T_m$ de la molécula entera? ¿Podría detectarlo la fusión?
25. Enúnciese el resultado: la [temperatura de fusión](#def-b1-nucleic-acids-melting) del [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) de $\lambda$ en sodio $0.1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ y su longitud de contorno, y la compactación con la que cabe en la cápside.

**Solución de Problema 11.1.**

**1.** $48\,502\times 0.34 = 16\,490\,\mathrm{nm} = 16.5\,\text{µ}\mathrm{m}$. **2.** $48\,502/10 = 4850$ vueltas. **3.** $48\,502\times 650 = 3.15 \times 10^{7}\,\mathrm{Da}$. **4.** $3.15 \times 10^{7}\times 1.66\times 10^{-24} = 5.2 \times 10^{-17}\,\mathrm{g}$. **5.** Dos por par: $97\,004$ fosfatos, carga neta $-97\,004\,e$. **6.** $G + C = 0.499\times97\,004 = 48\,405$: $G = C =
24\,203$; $A = T = 24\,299$. **7.** $3\times24\,203 + 2\times24\,299 = 121\,207$. **8.** $81.5 + 16.6\times(-1) + 0.41\times 49.9 - 500/48502 =
81.5 - 16.6 + 20.5 - 0.01 = 85.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. **9.** $81.5 - 33.2 + 20.5 = 68.8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Los cationes apantallan la repulsión entre los dos esqueletos cargados negativamente; con menos sal las hebras se repelen más y se separan a menor temperatura. **10.** $35\,\%$: $81.5 - 16.6 + 14.4 - 0.5 =
78.8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$; $62\,\%$: $81.5 - 16.6 + 25.4 - 0.5 =
89.8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. La molécula entera funde por etapas: las regiones ricas en A–T se abren primero y las ricas en G–C, al final, de modo que la curva es una subida ancha con hombros y no un único escalón abrupto. **11.** $0.50\times 50 = 25\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$; tras la fusión, $A_{260} = 0.70$. **12.** $25\times 10^{-6}/5.2\times 10^{-17} = 4.8 \times 10^{11}$ moléculas. **13.** $81.5 - 16.6 + 0.41\times 50 - 500/12 = 81.5 - 16.6 + 20.5
- 41.7 = 43.7\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ (la fórmula es aproximada para tramos tan cortos). A $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ los extremos se aparean, pero se abrirían y se cerrarían; en la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) una enzima (la ligasa) sella covalentemente las dos mellas, y el círculo ya no depende de los doce pares. **14.** $\pi\times(1.0)^2\times16\,490 = 5.2 \times 10^{4}\,\mathrm{nm}^{3}$. **15.** $\frac{4}{3}\pi\times 27.5^3 = 8.7 \times 10^{4}\,\mathrm{nm}^{3}$. **16.** El $60\,\%$: dos tercios del empaquetamiento máximo posible de cilindros; el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) está enrollado en espirales casi cristalinas. **17.** Contraiones (poliaminas, $\mathrm{Mg^{2+}}$) deben neutralizar casi toda la carga, o la repulsión no podría vencerse; la repulsión restante y la energía de flexión almacenada en las espirales apretadas empujan hacia fuera contra la envoltura, y cuando la cola se abre esa presión impulsa la primera parte del genoma dentro de la bacteria. **18.** Los bucles de una cápside de $55\,\mathrm{nm}$ tienen radios de $10\text{ to }25\,\mathrm{nm}$, por debajo de los $50\,\mathrm{nm}$ a los que el [ADN](#def-b1-nucleic-acids-chain) se dobla con libertad: doblarlo cuesta energía, pagada por el motor de empaquetamiento ([ATP](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp)) y almacenada como la presión de la pregunta 17. **19.** $5'$-AGGTCGCCGCCC-$3'$. **20.** $1200$ [nucleótidos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide); $1200\times 330 = 4.0 \times 10^{5}\,\mathrm{Da}$. **21.** $75\times 600 = 45\,000$ pares, el $93\,\%$ codificante: un genoma compacto; el genoma humano es sesenta veces menos denso en genes. **22.** Dos horquillas, cada una copiando $24\,251$ pares en $1200\,\mathrm{s}$: $20\,$ pares por segundo y horquilla (la polimerasa del hospedador puede con $1000\,$; el tiempo lo fija el ciclo entero, no la polimerasa). **23.** $121\,207/48\,502 = 2.5$ enlaces por par; dos horquillas a 20 pares por segundo: 100 [enlaces de hidrógeno](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-water) por segundo, y otros tantos rehechos por detrás. **24.** Un par entre $48\,502$ cambia el $G + C$ en un $0.002\,\%$ y la $T_m$ en $0.001\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: indetectable fundiendo la molécula entera; solo una sonda corta que abarcara el punto lo mostraría. **25.** $T_m = 85\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ en sodio $0.1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$; longitud de contorno $16.5\,\text{µ}\mathrm{m}$, trescientas veces el diámetro de la cápside, empaquetada en ella ocupando el $60\,\%$ de su volumen.