Ácidos nucleicos: ¿Por qué el uracilo no está presente en el ADN?

Los ácidos nucleicos son macromoléculas presentes en todos los seres vivos. La importancia de estas macromoléculas radica en sus funciones: el almacenamiento, la expresión y la transmisión de la información genética. Existen dos tipos de ácidos nucleicos, el ADN y el ARN. El ADN o ácido desoxirribonucleico está compuesto por cuatro elementos que son conocidos como nucleótidos: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Estos cuatro nucleótidos funcionan como nuestro abecedario, es decir, el acomodo de estas “letras” forma “palabras”, y debido a que se caracteriza por ser de doble cadena, en cada cadena podemos leer y formar enunciados que van en sentidos contrarios. ¿Saben cómo se forma la doble cadena? Los nucleótidos forman parejas, la adenina se junta con la timina y la guanina con la citosina. Cada nucleótido se mantiene unido por un enlace químico, llamado puente de hidrógeno. El ácido ribonucleico o ARN es de cadena sencilla, aunque en ocasiones puede formar segmentos de cadena doble. Otra de las diferencias entre el ARN y el ADN es el azúcar presente en su estructura química; en el ARN se encuentra una ribosa y en el ADN una desoxirribosa. El ARN está formado por cuatro nucleótidos: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y uracilo (U). Como habrán notado el ARN presenta un nucleótido distinto al ADN, un uracilo en lugar de la timina. ¿Qué tiene de diferente el uracilo de la timina? La timina tiene una estructura química similar al uracilo (ver figura 3). Su diferencia es el grupo metilo (CH3) que presenta la timina en su esqueleto. Podemos decir que la timina es un uracilo metilado. Diversos textos mencionan que el uracilo es exclusivo del ARN, sin embargo, es común encontrar al uracilo en las cadenas de ADN.

La presencia de uracilo en el ADN se puede explicar por dos motivos: la mutación espontánea que sufre la citosina, y que elimina el grupo amino (NH2) del nucleótido dando lugar a uracilo, y la incorporación errónea de uracilo en vez de timina durante la copia o reparación del ADN. Esto último sucede porque muchas ADN polimerasas (enzimas encargadas de formar el ADN) de bacterias y eucariontes no distinguen entre timina y uracilo al incorporar los nucleótidos. Pese a que existe un proceso que favorece una mayor cantidad de U en el ADN, ¿por qué no es abundante en esta macromolécula? ¿Por qué se prefiere usar la T en el ADN? Diversas fuentes han reportado, que los uracilos presentes en el ADN son una señal de muerte celular. Destino poco halagador. Por otro lado, también se ha observado que la presencia de uracilo en el ADN es un indicativo de ADN dañado y esto activa el mecanismo de reparación eliminando a los uracilos. El uso de una maquinaria celular que remueva a los uracilos implica un gasto energético muy grande. ¿Por qué invertir en un proceso costoso? Existen diversas hipótesis del por qué el ADN prefiere la T en lugar de U. Una de las teorías hace alusión a la capacidad que tiene la T de ser resistente a la radiación a diferencia del uracilo que es fotosensible, lo que indicaría que el ADN prefiere usar T sobre U por ventaja selectiva.

Otra de las tesis que se han manejado es que el ADN prefiere a la timina porque se facilita el reconocimiento de enzimas que son necesarias para el procesamiento del ADN, sin embargo, hasta el momento no se ha podido comprobar esta hipótesis. La enzima ADN polimerasa usa indiscriminadamente tanto al uracilo como a la timina; rebatiendo por completo esta teoría.

Diversos reportes relacionan la presencia de U en el ADN con daños que afectan gravemente la función celular, lo que podría contribuir a desarrollar enfermedades así como distintos tipos de cáncer. Tomando en cuenta toda la información disponible se puede notar que el ADN ha evolucionado de tal forma que evita incorporar errores que afecten la función celular, de esa manera se explicaría por qué la timina ha ganado la batalla contra el uracilo.

Pies de figuras

Fig 1. Estructura del ADN y ARN. Autor: Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano.

Fig 2. Nucleótidos. Puentes de hidrogeno y principales características. Autor: Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano.

Fig 3. Estructura del uracilo y la timina. Autor: Tobías Portillo

Fig 4. Ácidos nucleicos presentes en todos los seres vivos. Dominio público