El ADN, portador del mensaje genético

Hoy día, la idea de que el ADN lleva toda la información genética en la larga cadena de nucleótidos es tan fundamental para el pensamiento biológico que a veces es difícil darse cuenta de la enorme laguna intelectual que ha cubierto. A principios del siglo XX se aceptaba que los genes estuvieran en los cromosomas y que fueran los portadores de la información genética. Sin embargo, la evidencia de que los genes estuvieran hechos de ADN (y no de proteínas), así como su aceptación en la comunidad científica, no tuvo lugar hasta 1950.

Composición química de los ácidos nucleicos

Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ADN o ácido desoxirribonucleico y el ARN o ácido ribonucleico. Ambos son largos polímeros de nucleótidos.

Están compuestos por una base nitrogenada, un glúcido y un ácido fosfórico.

Hay cuatro bases nitrogenadas diferentes en un ácido nucleico:

• En el ADN: se encuentran la adenina (A), la guanina (G), la citosina (C) y la timina (T).
• En el ARN:se encuentran la adenina (A), la guanina (G), la citosina (C) y el uracilo (U).

Las bases nitrogenadas son moléculas con carácter básico y que contienen nitrógeno.

La adenina y la guanina son bases púricas, formadas por una estructura de dos ciclos, similar a la purina. La citosina, la timina y el uracilo son bases pirimidínicas, formadas por un solo ciclo similar a la pirimidina.

El glúcido es una pentosa, y será distinto según el ácido nucleico sea ADN o ARN.

• En el ADN es la desoxirribosa.
• En el ARN es la ribosa.

La unión del nitrógeno 1' de una base y el carbono 1' de una pentosa mediante un enlace N-glucosídico forma un nucleósido. Se nombran añadiendo la terminación «-osina» al nombre de la base púrica e «-idina» para las bases pirimidínicas.

Cuando un nucleósido se une a un ácido fosfórico a través del grupo hidroxilo del carbono 5' de la pentosa, mediante un enlace ester fosforico, se forma un nucleótido.

Los ácidos nucleicos son polinucleótidos. Los nucleotidos se unen entre si a traves del radical fosfato situado en el carbono 5' de un nucleótido, y el radical hidroxilo del carbono 3' del siguiente. Por lo tanto se unen mediante un enlace fosfodiester, que se forma en sentido 5'®3'.

Disposición de los puentes de hidrógeno entre bases complementarias en una doble cadena de ADN.

Estructura del ADN

Es una cadena muy larga sin ramificar, compuesta tan sólo por cuatro tipos distintos de nucleótidos. En el ADN se observan tres niveles estructurales. Además, para conseguir que el ADN quepa en el núcleo de la célula, necesita empaquetarse, asociándose con proteínas.

• Estructura primaria del ADN: es la secuencia de nucleótidos de una sola cadena o hebra. Se distingue un esqueleto de pentosas-fosfato y una secuencia de bases nitrogenadas. La secuencia de los nucleótidos en esta larga molécula lineal, y no su simple composición, es lo que posibilita almacenar una información tan diversa: el llamado mensaje biológico o información genética. 

 

• Estructura secundaria del ADN:es la disposición en el espacio de dos hebras o cadenas de polinucleótidos en doble hélice, con las bases nitrogenadas enfrentadas en el interior, formando puentes de hidrógeno, y el esqueleto de pentosas fosfato en el exterior de la hélice. Chargaff observó:

   

   

   

  

   

  Según las características de las moléculas, se establecían dos puentes de hidrógeno entre A y T y tres entre C y G.

  El método de la difracción de rayos X permitió a Franklin y Wilkins observar la estructura del ADN como una fibra de 20 Å de diámetro, en la que se repetían ciertas unidades cada 3,4 Å, habiendo otra repetición mayor cada 34 Å.

 

 

Estructura secundaria del ADN: la doble hélice o fibra de 20Å.

 

• Modelo de la doble hélice de Watson y Crick: el ADN está formado por dos cadenas de polinucleótidos que son antiparalelas, es decir, tienen los enlaces 5´®3´ orientados en diferente sentido, complementarias y enrolladas una sobre la otra en forma de doble hélice o plectonímica.

  Los enlaces de hidrógeno entre las bases y las interacciones hidrofóbicas entre los anillos de las mismas estabilizan la disposición de las bases en el interior de la hélice. Las pentosas y los fosfatos quedan en el exterior. Debido a la capacidad de ionización de los fosfatos, los ácidos nucleicos tienen carácter ácido y se definen como polianiones.

  Debido a la complementariedad de bases, este modelo permitió explicar cómo esta molécula es capaz de copiarse, y proporcionar réplicas exactas para las células hijas.

  La doble hélice es muy estable, pero si se calienta por encima de los 65^oC, las dos hebras se separan y se produce la desnaturalización del ADN. Al bajar la temperatura tiene lugar la renaturalización de la doble hélice, que es lo que permite la hibridación de dos hebras complementarias, incluso siendo de distintos ADN.

 

• Estructura terciaria o ADN superenrollado: el ADN presenta una estructura terciaria, que consiste en que la fibra de 20 Å se halla retorcida sobre sí misma, formando una especie de superhélice. Esta disposición se denomina ADN superenrollado, y se debe a la acción de enzimas denominadas topoisomerasas-II. Este enrollamiento da estabilidad a la molécula y reduce su longitud.