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bueno espero que les sirva
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7/18/2019 Ácido desoxirribonucleico
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Ácido desoxirribonucleico
«ADN» redirige aquí. Para otras acepciones, véase ADN (desambiguación).
«DNA» redirige aquí. Para otras acepciones, véase DNA (desambiguación).
Situación del ADN dentro de una célula eucariota.
El ácido desoxirribonucleico, abreviado como ADN, es un ácido nucleico que contieneinstrucciones genéticas usadas en el desarrollo y uncionamiento de todos los organismos vivos conocidos yalgunos virus, y es res!onsable de su transmisión "ereditaria. #a unción !rinci!al de la molécula de ADN esel almacenamiento a largo !la$o de inormación. %uc"as veces, el ADN es com!arado con un !lano o unareceta, o un código, ya que contiene las instrucciones necesarias !ara construir otros com!onentes delas células, como las!rote&nas y las moléculas de A'N. #os segmentos de ADN que llevan esta inormación
genética son llamados genes, !ero las otras secuencias de ADN tienen !ro!ósitos estructurales o toman !arteen la regulación del uso de esta inormación genética.
Desde el !unto de vista qu&mico, el ADN es un!ol&mero de nucleótidos, es decir, un !olinucleótido. (n!ol&mero es un com!uesto ormado !or muc"as unidades sim!les conectadas entre s&, como si uera unlargo tren ormado !or vagones. En el ADN, cada vagón es un nucleótido, y cada nucleótido, a su ve$, estáormado !or un a$)car *la desoxirribosa+, una base nitrogenada *que !uedeser adenina A, timina ,citosina! o guanina"+ y un gru!o osato que act)a como enganc"e decada vagón con el siguiente. #o que distingue a un vagón *nucleótido+ de otro es, entonces, la basenitrogenada, y !or ello la secuencia del ADN se es!eciica nombrando sólo la secuencia de sus bases. #adis!osición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena *el ordenamiento de los cuatro ti!osde vagones a lo largo de todo el tren+ es la que codiica la inormación genética- !or eem!lo, una secuenciade ADN !uede ser
A"!A"A!"!... En los organismos vivos, el ADN se !resenta como una doble cadena
de nucleótidos, en la que las dos "ebras están unidas entre s& !or unas conexiones denominadas !uentes de"idrógeno./
0ara que la inormación que contiene el ADN !ueda ser utili$ada !or la maquinaria celular, debe co!iarse en!rimer lugar en unos trenes de nucleótidos, más cortos y con unas unidades dierentes, llamados A'N. #asmoléculas de A'N se co!ian exactamente del ADN mediante un !roceso denominado transcri!ción. (na ve$!rocesadas en el n)cleo celular , las moléculas de A'N !ueden salir al cito!lasma !ara su utili$ación !osterior.#a inormación contenida en el A'N se inter!reta usando el código genético, que es!eciica la secuencia delos aminoácidos de las !rote&nas, seg)n una corres!ondencia de un tri!lete de nucleótidos *codón+ !ara cadaaminoácido. Esto es, la inormación genética *esencialmente- qué !rote&nas se van a !roducir en cadamomento del ciclo de vida de una célula+ se "alla codiicada en las secuencias de nucleótidos del ADN y debe
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traducirse !ara !oder uncionar. 1al traducción se reali$a usando el código genético a modo de diccionario. Eldiccionario 2secuencia de nucleótido3secuencia de aminoácidos2 !ermite el ensamblado de largas cadenas deaminoácidos *las !rote&nas+ en el cito!lasma de la célula. 0or eem!lo, en el caso de la secuencia de ADNindicada antes * A"!A"A!"!...+, la A'N !olimerasa utili$ar&a como molde la cadena com!lementaria dedic"a secuencia de ADN *que ser&a A!#"A#!A#"!"#...+ !ara transcribir una molécula de A'N que seleer&a A$"#!$A#"A$#!"!#... 4 el A'N resultante, utili$ando el código genético, se traducir&a como lasecuencia de aminoácidosmetionina3leucina3ácido as!ártico3arginina3...
#as secuencias de ADN que constituyen la unidad undamental, &sica y uncional de la "erencia se
denominangenes. 5ada gen contiene una !arte que se transcribe a A'N y otra que se encarga de deinircuándo y dónde deben ex!resarse. #a inormación contenida en los genes *genética+ se em!lea !ara generar A'N y !rote&nas, que son los com!onentes básicos de las células, los 2ladrillos2 que se utili$an !ara laconstrucción de losorgánulos u organelos celulares, entre otras unciones.
Dentro de las células, el ADN está organi$ado en estructuras llamadas cromosomas que, durante el ciclocelular , se du!lican antes de que la célula se divida. #os organismos eucariotas *!oreem!lo, animales, !lantas, y"ongos+ almacenan la mayor !arte de su ADN dentro del n)cleo celular y unam&nima !arte en elementos celulares llamados mitocondrias, y en los !lastos y los centros organi$adoresde microt)bulos o centr&olos, en caso de tenerlos4 los organismos !rocariotas *bacterias y arqueas+ loalmacenan en el cito!lasma de la célula, y, !or )ltimo, los virus ADN lo "acen en el interior de la cá!sida denaturale$a !roteica. Existen multitud de !rote&nas, como !or eem!lo las "istonas y los actores detranscri!ción, que se unen al ADN dotándolo de una estructura tridimensional determinada y regulando su
ex!resión. #os actores de transcri!ción reconocen secuencias reguladoras del ADN y es!eciican la !auta detranscri!ción de los genes. El material genético com!leto de una dotación cromosómica sedenomina genoma y, con !eque6as variaciones, es caracter&stico de cada es!ecie.
Historia de la genética
Art&culo !rinci!al- 7istoria de la genética
8riedric" %iesc"er, biólogo y médico sui$o */9::3/9;<+.
El ADN lo aisló !or !rimera ve$, durante el invierno de /9=;, el médico sui$o 8riedric" %iesc"er mientrastrabaaba en la (niversidad de 1ubinga. %iesc"er reali$aba ex!erimentos acerca de la com!osición qu&micadel !us de vendas quir)rgicas desec"adas cuando notó un !reci!itado de una sustancia desconocida quecaracteri$ó qu&micamente más tarde.> ? #o llamó nucle&na, debido a que lo "ab&a extra&do a !artir de n)cleoscelulares.: Se necesitaron casi @ a6os de investigación !ara !oder identiicar los com!onentes y laestructura de los ácidos nucleicos.
En /;/; 0"oebus #evene identiicó que un nucleótido está ormado !or una base nitrogenada, un a$)car y unosato.< #evene sugirió que el ADN generaba una estructura con orma de solenoide *muelle+ con unidadesde nucleótidos unidos a través de los gru!os osato. En /;? #evene y su maestro Albrec"t Bossel !robaron
que la nucle&na de %iesc"er es un ácido desoxirribonucleico *ADN+ ormado !or cuatro bases nitrogenadas*citosina *5+, timina *1+, adenina *A+ y guanina *C++, el a$)car desoxirribosa y un gru!o osato, y que, en suestructura básica, el nucleótido está com!uesto !or un a$)car unido a la base y al osato.= Sin embargo,#evene !ensaba que la cadena era corta y que las bases se re!et&an en un orden io. En /;?@ illiam
Astbury !roduo el !rimer !atrón de diracción de rayos que mostraba que el ADN ten&a una estructuraregular.@
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%aclyn %c5arty con 8rancis 5ricF y Games D atson.
#a unción biológica del ADN comen$ó a dilucidarse en /;>9, con una serie básica de ex!erimentos de lagenética moderna reali$ados !or 8redericF Criit", quien estaba trabaando con ce!as 2lisas2 *S+ o 2rugosas2*'+ de la bacteria 0neumococcus *causante de la neumon&a+, seg)n la !resencia *S+ o no *'+ de una cá!sulaa$ucarada, que es la que coniere virulencia *véase también ex!erimento de Criit"+. #a inyección de
neumococos S vivos en ratones !roduce la muerte de éstos, y Criit" observó que, si inyectaba ratones conneumococos ' vivos o con neumococos S muertos !or calor, los ratones no mor&an. Sin embargo, siinyectaba a la ve$ neumococos ' vivos y neumococos S muertos, los ratones mor&an, y en su sangre se!od&an aislar neumococos S vivos. 5omo las bacterias muertas no !udieron "aberse multi!licado dentro delratón, Criit" ra$onó que deb&a !roducirse alg)n ti!o de cambio o transormación de un ti!o bacteriano a otro!or medio de una transerencia de alguna sustancia activa, que denominó !rinci!io transormante. Estasustancia !ro!orcionaba la ca!acidad a los neumococos ' de !roducir una cá!sula a$ucarada ytransormarse as& en virulentas. En los siguientes /< a6os, estos ex!erimentos iniciales se re!licaronme$clando distintos ti!os de ce!as bacterianas muertas !or el calor con otras vivas, tanto en ratones *in vivo+como en tubos de ensayo *in vitro+.9 #a b)squeda del Hactor transormanteI que era ca!a$ de "acervirulentas a ce!as que inicialmente no lo eran continuó "asta /;::, a6o en el cual JsKald Avery, 5olin
%ac#eod y %aclyn %c5arty reali$aron un ex!erimento "oy clásico. Estos investigadores extraeron la racciónactiva *el actor transormante+ y, mediante análisis qu&micos, en$imáticos y serológicos, observaron que noconten&a !rote&nas, ni l&!idos no ligados, ni !olisacáridos activos, sino que estaba constituido !rinci!almente!or 2una orma viscosa de ácido desoxirribonucleico altamente !olimeri$ado2, es decir, ADN. El ADN extra&dode las ce!as bacterianas S muertas !or el calor lo me$claron 2in vitro2 con ce!as ' vivas- el resultado ue quese ormaron colonias bacterianas S, !or lo que se concluyó inequ&vocamente que el actor o !rinci!iotransormante era el ADN.;
A !esar de que la identiicación del ADN como !rinci!io transormante a)n tardó varios a6os en seruniversalmente ace!tada, este descubrimiento ue decisivo en el conocimiento de la base molecular de la"erencia, y constituye el nacimiento de la genética molecular. 8inalmente, el !a!el exclusivo del ADN en la"eredabilidad ue conirmado en /;<> mediante los ex!erimentos de Alred 7ers"ey y %art"a 5"ase, en loscuales com!robaron que el ago 1> transmit&a su inormación genética en su ADN, !ero no en su !rote&na/*véase también ex!erimento de 7ers"ey y 5"ase+.
En cuanto a la caracteri$ación qu&mica de la molécula, en /;: 5"arga reali$ó algunos ex!erimentos que lesirvieron !ara establecer las !ro!orciones de las bases nitrogenadas en el ADN. Descubrió que las!ro!orciones de !urinas eran idénticas a las de !irimidinas, la 2equimolecularidad2 de las bases *LAML1M,LCML5M+ y el "ec"o de que la cantidad de CO5 en una determinada molécula de ADN no siem!re es igual a lacantidad de AO1 y !uede variar desde el ?= "asta el @ !or ciento del contenido total.= 5on toda estainormación y unto con los datos de diracción de rayos !ro!orcionados !or 'osalind 8ranFlin, Gamesatson y 8rancis 5ricF !ro!usieron en /;<? el modelo de la doble "élice de ADN !ara re!resentar laestructura tridimensional del !ol&mero.// En una serie de cinco art&culos en el mismo n)mero de Nature se!ublicó la evidencia ex!erimental que a!oyaba el modelo de atson y 5ricF./> De éstos, el art&culo de8ranFlin y 'aymond Cosling ue la !rimera !ublicación con datos de diracción de rayos que a!oyaba elmodelo de atson y 5ricF,/? /: y en ese mismo n)mero de Nature también a!arec&a un art&culo sobre laestructura del ADN de %aurice ilFins y sus colaboradores./<
atson, 5ricF y ilFins recibieron conuntamente, en /;=>, des!ués de la muerte de 'osalind 8ranFlin, el0remio Nobel en 8isiolog&a o %edicina./= Sin embargo, el debate contin)a sobre quién deber&a recibir crédito!or el descubrimiento./@
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0ro!iedades &sicas y qu&micasLeditar M
Estructura qu&mica del ADN- dos cadenas de nucleótidos conectadas mediante !uentes de "idrógeno, que
a!arecen como l&neas !unteadas.
El ADN es un largo !ol&mero ormado !or unidades re!etitivas, los nucleótidos./9 /; (na doble cadena de ADNmide de >> a >= angstroms *>,> a >,=nanómetros+ de anc"o, y una unidad *un nucleótido+ mide ?,? P *,??nm+ de largo.> Aunque cada unidad individual que se re!ite es muy !eque6a, los !ol&meros de ADN !uedenser moléculas enormes que contienen millones de nucleótidos. 0or eem!lo, el cromosoma "umano máslargo, el cromosoma n)mero /, tiene a!roximadamente >> millones de!ares de bases.>/
En los organismos vivos, el ADN no suele existir como una molécula individual, sino como una !area demoléculas estrec"amente asociadas. #as dos cadenas de ADN se enroscan sobre s& mismas ormando unaes!ecie de escalera de caracol, denominada doble "élice. El modelo de estructura en doble "élice ue!ro!uesto en /;<? !or Games atson y 8rancis 5ricF *el art&culo %o&ecu&ar 'tructure o Nuc&eic Acids A'tructure or Deo*+ribose Nuc&eic Acid ue !ublicado el >< de abrilde /;<? en Nature+, des!ués de obteneruna imagen de la estructura de doble "élice gracias a la reracción !or rayos "ec"a !or 'osalind8ranFlin.>> El éxito de este modelo radicaba en su consistencia con las !ro!iedades &sicas y qu&micas del
ADN. El estudio mostraba además que la com!lementariedad de bases !od&a ser relevante en su re!licación,y también la im!ortancia de la secuencia de bases como !ortadora de inormación genética.>? >: >< 5adaunidad que se re!ite, el nucleótido, contiene un segmento de la estructura de so!orte *a$)car O osato+, quemantiene la cadena unida, y una base, que interacciona con la otra cadena de ADN en la "élice. En general,
una base ligada a un a$)car se denominanucleósido y una base ligada a un a$)car y a uno o más gru!ososatos recibe el nombre de nucleótido.
5uando muc"os nucleótidos se encuentran unidos, como ocurre en el ADN, el !ol&mero resultante sedenomina!olinucleótido.>=
Componentes Estructura de soporte- #a estructura de so!orte de una "ebra de ADN está ormada !or unidades alternasde gru!os osato y a$)car *desoxirribosa+.>@ El a$)car en el ADN es una !entosa, concretamente,la desoxirribosa.
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• Ácido fosfórico-
Enlace osodiéster . El gru!o osato*0J:?3+ une el carbono <Q del a$)car de unnucleósido con el carbono ?Q del
siguiente.
Su órmula qu&mica es 7?0J:. 5ada nucleótido !uede contener uno *monoosato- A%0+, dos
*diosato- AD0+ o tres *triosato- A10+ gru!os de ácido osórico, aunque como monómeros
constituyentes de los ácidos nucleicos sólo a!arecen en orma de nucleósidos monoosato.
• Desoxirribosa-
Es un monosacárido de < átomos de carbono *una !entosa+ derivado de la ribosa, que orma !arte de
la estructura de nucleótidos del ADN. Su órmula es 5<7/J:. (na de las !rinci!ales dierencias entre
el ADN y el A'N es el a$)car , !ues en el A'N la >3desoxirribosa del ADN es reem!la$ada !or
una!entosa alternativa, la ribosa.><
#as moléculas de a$)car se unen entre s& a través de gru!os osato, que orman enlaces
osodiéster entre los átomos de carbono tercero *?R, Htres !rimaI+ y quinto *<R, Hcinco !rimaI+ de dos
anillos adyacentes de a$)car. #a ormación de enlacesasimétricos im!lica que cada "ebra de ADN
tiene una dirección. En una doble "élice, la dirección de los nucleótidos en una "ebra *?R <R+ es
o!uesta a la dirección en la otra "ebra *<R ?R+. Esta organi$ación de las "ebras de ADN se
denomina antipara&e&a4 son cadenas !aralelas, !ero con direcciones o!uestas. De la misma manera,
los extremos asimétricos de las "ebras de ADN se denominan extremo <R *Hcinco !rimaI+ y extremo
?R *Htres !rimaI+, res!ectivamente.
Bases nitrogenadas-
#as cuatro bases nitrogenadas mayoritarias que se encuentran en el ADN son la adenina *A+, la citosina *5+,
la guanina *C+ y la timina *1+. 5ada una de estas cuatro bases está unida al arma$ón de a$)car3osato a
través del a$)car !ara ormar el nucleótido com!leto *base3a$)car3osato+. #as bases son com!uestos
"eteroc&clicos y aromáticos con dos o más átomos de nitrógeno, y, dentro de las bases mayoritarias, se
clasiican en dos gru!os- las bases !)ricas o !urinas *adenina y guanina+, derivadas de la !urina y ormadas
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!or dos anillos unidos entre s&, y las bases !irimid&nicas o bases !irim&dicas o !irimidinas *citosina y timina+,
derivadas de la !irimidina y con un solo anillo.>< En los ácidos nucleicos existe una quinta base !irimid&nica,
denominada uracilo *(+, que normalmente ocu!a el lugar de la timina en el A'N y diiere de ésta en que
carece de un gru!o metilo en su anillo. El uracilo no se encuentra "abitualmente en el ADN, sólo a!arece
raramente como un !roducto residual de la degradación de la citosina !or !rocesos de desaminación
oxidativa.
1imina-
En el código genético se re!resenta con la letra T. Es un derivado !irimid&nico con un gru!o oxo en las
!osiciones > y :, y un gru!o metil en la !osición <. 8orma el nucleósido timidina *siem!re desoxitimidina, ya
que sólo a!arece en el ADN+ y el nucleótido timidilato o timidina monoosato *d1%0+. En el ADN, la timina
siem!re se em!area con la adenina de la cadena com!lementaria mediante > !uentes de "idrógeno, TA. Su
órmula qu&mica es 5<7=N>J> y su nomenclatura >, :3dioxo, <3metil!irimidina.
5itosina-En el código genético se re!resenta con la letra C. Es un derivado !irimid&nico, con un gru!o amino en
!osición : y un gru!o oxo en !osición >. 8orma el nucleósido citidina *desoxicitidina en el ADN+ y
el nucleótidocitidilato o *desoxi+citidina monoosato *d5%0 en el ADN, 5%0 en el A'N+. #a citosina siem!re
se em!area en el ADN con la guanina de la cadena com!lementaria mediante un tri!le enlace, C!". Su
órmula qu&mica es 5:7<N?J y su nomenclatura >3oxo, : amino!irimidina. Su masa molecular es de
///,/unidades de masa atómica. #a citosina se descubrió en /9;:, al aislarla del teido deltimo de carnero.
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• Adenina-
En el código genético se re!resenta con la letra A. Es un derivado de la !urina con un gru!o amino en
la !osición =. 8orma el nucleósido adenosina *desoxiadenosina en el ADN+ y el nucleótido adenilato o
*desoxi+adenosina monoosato *dA%0, A%0+. En el ADN siem!re se em!area con la timina de la
cadena com!lementaria mediante > !uentes de "idrógeno, AT. Su órmula qu&mica es 5<7<N< y su
nomenclatura =3amino!urina. #a adenina, unto con la timina, ue descubierta en /99< !or el médico
alemán Albrec"t Bossel.
• Cuanina-
En el código genético se re!resenta con la letra ". Es un derivado !)rico con un gru!o oxo en la!osición = y un gru!o amino en la !osición >. 8orma el nucleósido *desoxi+guanosina y el
nucleótido guanilato o *desoxi+guanosina monoosato *dC%0, C%0+. #a guanina siem!re
se em!area en el ADN con la citosina de la cadena com!lementaria mediante tres enlaces de
"idrógeno, "!C. Su órmula qu&mica es 5<7<N<J y su nomenclatura =3oxo, >3amino!urina.
1ambién existen otras bases nitrogenadas *las llamadas bases nitrogenadas minoritarias+, derivadas deorma natural o sintética de alguna otra base mayoritaria. #o son !or eem!lo la "i!oxantina, relativamenteabundante en el t'NA, o la cae&na, ambas derivadas de la adenina4 otras, como el aciclovir , derivadas de laguanina, son análogos sintéticos usados en tera!ia antiviral4 otras, como una de las derivadas del uracilo, sonantitumorales.
#as bases nitrogenadas tienen una serie de caracter&sticas que les conieren unas !ro!iedades determinadas.(na caracter&stica im!ortante es su carácter aromático, consecuencia de la !resencia en el anillo de doblesenlaces en !osición conugada. Ello les coniere la ca!acidad de absorber lu$ en la$ona ultravioleta del es!ectroen torno a los >= nm, lo cual !uede a!rovec"arse !ara determinar el coeicientede extinción del ADN y "allar la concentración existente de los ácidos nucleicos. Jtra de sus caracter&sticas esque !resentan tautomer&a oisomer&a de gru!os uncionales, debido a que un átomo de "idrógeno unido a otroátomo !uede migrar a una !osición vecina4 en las bases nitrogenadas se dan dos ti!os de tautomer&as-tautomer&a lactama3lactima, donde el "idrógeno migra del nitrógeno al ox&geno del gru!o oxo *orma lactama+y viceversa *orma lactima+, y tautomer&aimina3amina !rimaria, donde el "idrógeno !uede estar ormando elgru!o amina *orma amina !rimaria+ o migrar al nitrógeno adyacente *orma imina+. #a adenina sólo !uede!resentar tautomer&a amina3imina, la timina y el uracilo muestran tautomer&a doble lactama3lactima, y la
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guanina y citosina !ueden !resentar ambas. 0or otro lado, y aunque se trate de moléculas a!olares, las basesnitrogenadas !resentan suiciente carácter !olar como !ara establecer !uentes de "idrógeno, ya que tienenátomos muy electronegativos *nitrógeno y ox&geno+ que !resentan carga !arcial negativa, y átomos de"idrógeno con carga !arcial !ositiva, de manera que se orman di!olos que !ermiten que se ormenestos enlaces débiles.
Se estima que el genoma "umano "a!loide tiene alrededor de ?. millones de !ares de bases. 0ara indicarel tama6o de las moléculas de ADN se indica el n)mero de !ares de bases, y como derivados "ay dosunidades de medida muy utili$adas, la Filobase *Fb+, que equivale a /. !ares de bases, y
la megabase *%b+, que equivale a un millón de !ares de bases.
Apareamiento de bases
(n !ar de bases C!" con tres!uentes de "idrógeno.
(n !ar AT con dos !uentes de "idrógeno. #os !uentes de "idrógeno se muestran comol&neas discontinuas.
#a dóble "élice de ADN se mantiene estable mediante la ormación de!uentes de "idrógeno entre las bases asociadas acada una de las dos "ebras. 0ara la ormación de un enlace de "idrógeno una de las bases debe !resentar un 2donador2de "idrógenos con un átomo de "idrógeno con carga !arcial !ositiva *3N7> o 3N7+ y la otra base debe !resentar un gru!o2ace!tor2 de "idrógenos con un átomo cargadoelectronegativamente *5J o N+. #os !uentes de "idrógeno son unionesmás débiles que los t&!icos enlaces qu&micos covalentes, como los que conectan los átomos en cada "ebra de ADN, !eromás uertes que interacciones "idróobas individuales, enlaces de an der aals, etc. 5omo los !uentes de "idrógeno noson enlaces covalentes, !ueden rom!erse y ormarse de nuevo de orma relativamente sencilla. 0or esta ra$ón, las dos"ebras de la doble "élice !ueden se!ararse como una cremallera, bien !or uer$a mecánica o !or alta tem!eratura.>9 #adoble "élice se estabili$a además !or el eecto "idroóbico y el a!ilamiento, que no se ven inluidos !or la secuencia debases del ADN.>;
5ada ti!o de base en una "ebra orma un enlace )nicamente con un ti!o de base en la otra "ebra, lo que sedenomina comp&ementariedad de &as bases. As&, las !urinas orman enlaces con las !irimidinas, de orma que A seenla$a sólo con 1, y 5 sólo con C. #a organi$ación de dos nucleótidos a!areados a lo largo de la doble "élice sedenomina apareamiento de bases. Este em!areamiento corres!onde a la observación ya reali$ada !or ErKin5"arga */;<3>>+,? que mostró que la cantidad de adenina era muy similar a la cantidad de timina, y que la cantidadde citosina era igual a la cantidad de guanina en el ADN. 5omo resultado de esta com!lementariedad, toda lainormación contenida en la secuencia de doble "ebra de la "élice de ADN está du!licada en cada "ebra, lo cual esundamental durante el !roceso de re!licación del ADN. En eecto, esta interacción reversible y es!ec&ica entre !ares debases com!lementarias es cr&tica !ara todas las unciones del ADN en los organismos vivos./9
5omo se "a indicado anteriormente, los dos ti!os de !ares de bases orman un n)mero dierente de enlaces de"idrógeno- A1 orman dos !uentes de "idrógeno, y 5TC orman tres !uentes de "idrógeno *ver imágenes+. El !ar debases C5 es !or tanto más uerte que el !ar de bases A1. 5omo consecuencia, tanto el !orcentae de !ares de bases
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C5 como la longitud total de la doble "élice de ADN determinan la uer$a de la asociación entre las dos "ebras de ADN.#as dobles "élices largas de ADN con alto contenido en C5 tienen "ebras que interaccionan más uertemente que lasdobles "élices cortas con alto contenido en A1.?/ 0or esta ra$ón, las $onas de la doble "élice de ADN que necesitanse!ararse ácilmente tienden a tener un alto contenido en A1, como !or eem!lo la secuencia 1A1AA1 de la caa de0ribnoK de algunos !romotores.?> En el laboratorio, la uer$a de esta interacción !uede medirse buscando la tem!eraturarequerida !ara rom!er los !uentes de "idrógeno, la tem!eratura de usión *también denominado valor m, delinglés me&ting temperature+. 5uando todas las !ares de bases en una doble "élice se unden, las "ebras se se!aran ensolución en dos "ebras com!letamente inde!endientes. Estas moléculas de ADN de "ebra sim!le no tienen una )nicaorma com)n, sino que algunas conormaciones son más estables que otras.??
#tros tipos de pares de bases
0ar de bases A1 de ti!o $atson%Cric&. En a$ul el donador de "idrógenos y en roo el ace!tor.
0ar de bases A1 de ti!o $atson%Cric& re'erso. En a$ul el donador de "idrógenos y en roo el ace!tor. Nótese que la !irimidina "a
surido un giro de /9U sobre el ee del carbono =.
Existen dierentes ti!os de !ares de bases que se !ueden ormar seg)n el modo como se orman los !uentes de"idrógeno. #os que se observan en la doble "élice de ADN son los llamados !ares de bases atson35ricF, !ero tambiénexisten otros !osibles !ares de bases, como los denominados oogsteen y -obb&e u oscilante, que !ueden a!arecer encircunstancias !articulares. Además, !ara cada ti!o existe a su ve$ el mismo !ar reverso, es decir, el que se da si se girala base !irimid&nica /9U sobre su ee.
atson35ricF *!ares de bases de la doble "élice+- los gru!os de la base !)rica que intervienen en el enlace de "idrógeno
son los que corres!onden a las !osiciones / y = *N ace!tor y 3N7> donador si la !urina es una A+ y los gru!os de la base
!irimid&nica, los que se encuentran en las !osiciones ? y : *3N7 donador y 5J ace!tor si la !irimidina es una 1+. En el
!ar de bases atson35ricF reverso !artici!ar&an los gru!os de las !osiciones > y ? de la base !irimid&nica *ver
imágenes+.
7oogsteen- en este caso cambian los gru!os de la base !)rica, que orece una cara dierente *!osiciones = y @+ y que
orman enlaces con los gru!os de las !irimidinas de las !osiciones ? y : *como en atson35ricF+. 1ambién !uede "aber
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7oogsteen reversos. 5on este ti!o de enlace !ueden unirse A( *7oogsteen y 7oogsteen reverso+ y A5 *7oogsteen
reverso+.
obble u oscilante- este ti!o de enlace !ermite que se unan guanina y citosina con un doble enlace *C1+. #a base
!)rica *C+ orma enlace con los gru!os de las !osiciones / y = *como en atson35ricF+ y la !irimidina *1+ con los gru!os
de las !osiciones > y ?. Este ti!o de enlace no uncionar&a con A5, ya que quedar&an enrentados los > ace!tores y los >
donadores, y sólo se !odr&a dar en el caso inverso. Encontramos !ares de bases de ti!o oscilante en el A'N, durante ela!areamiento de codón y anticodón. 5on este ti!o de enlace !ueden unirse C( *oscilante y oscilante reverso+ y A5
*oscilante reverso+.
En total, en su orma tautomérica mayoritaria, existen >9 !osibles !ares de bases nitrogenadas- / !osibles !ares debases !urina3!irimidina *> !ares atson35ricF y > atson 5ricF reverso, / !ar 7oogsteen y > !ares 7oogsteen reverso,/ !ar oscilante y > !ares oscilante reverso+, @ !ares "omo !urina3!urina *AA, CC+, : !ares AC y @ !ares !irimidina3!irimidina. Esto sin contar con los !ares de bases que !ueden ormarse si también tenemos en cuenta las otras ormastautoméricas minoritarias de las bases nitrogenadas4 éstos, además, !ueden ser res!onsables de mutaciones !untuales!or sustitución de ti!o transición.
EstructuraEl ADN es una molécula bicatenaria, es decir, está ormada !or dos cadenas dis!uestas de orma anti!aralela y con lasbases nitrogenadas enrentadas. En su estructura tridimensional, se distinguen distintos niveles-?: ?<
( Estructura primaria-
Secuencia de nucleótidos encadenados. Es en estas cadenas donde se encuentra la inormación genética, y dado que el
esqueleto es el mismo !ara todos, la dierencia de la inormación radica en la distinta secuencia de bases nitrogenadas.
Esta secuencia !resenta un código, que determina una inormación u otra, seg)n el orden de las bases.
) Estructura secundaria-
Es una estructura en doble "élice. 0ermite ex!licar el almacenamiento de la inormación genética y el mecanismo de
du!licación del ADN. 8ue !ostulada !or atson y 5ricF, basándose en la diracción de rayos que "ab&an reali$ado
8ranFlin y ilFins, y en la equivalencia de bases de 5"arga, seg)n la cual la suma de adeninas más guaninas es igual a
la suma de timinas más citosinas.
Es una cadena doble, dextrógira o levógira, seg)n el ti!o de ADN. Ambas cadenas son com!lementarias, !ues la
adenina y la guanina de una cadena se unen, res!ectivamente, a la timina y la citosina de la otra. Ambas cadenas son
anti!aralelas, !ues el extremo ?V de una se enrenta al extremo <V de la "omóloga.
Existen tres modelos de ADN. El ADN de ti!o W es el más abundante y es el que tiene la estructura descrita !or atson y
5ricF.
? Estructura terciaria-
Se reiere a cómo se almacena el ADN en un es!acio reducido, !ara ormar los cromosomas. ar&a seg)n se trate de
organismos !rocariotas o eucariotas-
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En !rocariotas el ADN se !liega como una s)!er3"élice, generalmente en orma circular y asociada a una !eque6a
cantidad de !rote&nas. #o mismo ocurre en orgánulos celulares como lasmitocondrias y en los cloro!lastos.
En eucariotas, dado que la cantidad de ADN de cada cromosoma es muy grande, el em!aquetamiento "a de ser más
com!leo y com!acto4 !ara ello se necesita la !resencia de !rote&nas, como las "istonas y otras !rote&nas de naturale$a
no "istónica *en los es!ermato$oidesestas !rote&nas son las !rotaminas+.?:
* Estructura cuaternaria-
#a cromatina !resente en el n)cleo tiene un grosor de ? P, !ues la ibra de cromatina de / P se enrolla ormando
una ibra de cromatina de ? P. El enrollamiento de los nucleosomas recibe el nombre de solenoide. Dic"os solenoides
se enrollan ormando la cromatina del n)cleo interásico de la célula. 5uando la célula entra en división, el ADN se
com!acta más, ormando as& los cromosomas.
Estructuras en doble +élice
De i$quierda a derec"a, las estructuras de ADN A, W y X.
El ADN existe en muc"as conormaciones.>@ Sin embargo, en organismos vivos sólo se "an observado lasconormaciones ADN3A, ADN3W y ADN3X. #a conormación que ado!ta el ADN de!ende de su secuencia, la cantidad ydirección de su!erenrollamiento que !resenta, la !resencia de modiicaciones qu&micas en las bases y las condiciones dela solución, tales como la concentración de iones de metales y!oliaminas.?= De las tres conormaciones, la orma 2W2 es lamás com)n en las condiciones existentes en las células.?@ #as dos dobles "élices alternativas del ADN diieren en sugeometr&a y dimensiones.
#a orma 2A2 es una es!iral que gira "acia la derec"a, más am!lia que la 2W2, con una "endidura menor su!ericial y másam!lia, y una "endidura mayor más estrec"a y !rounda. #a orma 2A2 ocurre en condiciones no isiológicas en ormasdes"idratadas de ADN, mientras que en la célula !uede !roducirse en a!areamientos "&bridos de "ebras ADN3A'N,además de en com!leos en$ima3ADN.?9 ?;
#os segmentos de ADN en los que las bases "an sido modiicadas !or metilación !ueden surir cambiosconormacionales mayores y ado!tar la orma 2X2. En este caso, las "ebras giran alrededor del ee de la "élice en unaes!iral que gira a mano i$quierda, lo o!uesto a la orma 2W2 más recuente.: Estas estructuras !oco recuentes !uedenser reconocidas !or !rote&nas es!ec&icas que se unen a ADN3X y !osiblemente estén im!licadas en la regulación de
la transcri!ción.:/
Estructuras en cuádruplex
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Estructura de un ADN en cuádru!lex ormada !or re!eticiones en los telómeros. #a conormación de la estructura de so!orte del ADN
diiere signiicativamente de la t&!ica estructura en "élice.:>
En los extremos de los cromosomas lineales existen regiones es!eciali$adas de ADN denominadas telómeros. #aunción !rinci!al de estas regiones es !ermitir a la célula re!licar los extremos cromosómicos utili$ando laen$imatelomerasa, !uesto que las en$imas que re!lican el resto del ADN no !ueden co!iar los extremos ?Q de loscromosomas.:? Estas terminaciones cromosómicas es!eciali$adas también !rotegen los extremos del ADN, y evitan quelos sistemas de re!aración del ADN en la célula los !rocesen como ADN da6ado que debe ser corregido.::En las células
"umanas, los telómeros son largas $onas de ADN de "ebra sencilla que contienen algunos miles de re!eticiones de una)nica secuencia 11ACCC.:<
Estas secuencias ricas en guanina !ueden estabili$ar los extremos cromosómicos mediante la ormación de estructurasde uegos a!ilados de unidades de cuatro bases, en lugar de los !ares de bases encontrados normalmente en otrasestructuras de ADN. En este caso, cuatro bases guanina orman unidades con su!ericie !lana que se a!ilan una sobreotra, !ara ormar una estructura cuádru!le3C estable.:= Estas estructuras se estabili$an ormando !uentes de"idrógeno entre los extremos de las bases y la quelatación de un metal iónico en el centro de cada unidad de cuatrobases.:@ 1ambién se !ueden ormar otras estructuras, con el uego central de cuatro bases !rocedente, o bien de una"ebra sencilla !legada alrededor de las bases, o bien de varias "ebras !aralelas dierentes, de orma que cada unacontribuye con una base a la estructura central.
Además de estas estructuras a!iladas, los telómeros también orman largas estructuras en la$o, denominadas la$osteloméricos o la$os31 *#&oops en inglés+. En este caso, las "ebras sim!les de ADN se enroscan sobre s& mismas en un
am!lio c&rculo estabili$ado !or !rote&nas que se unen a telómeros.
:9
En el extremo del la$o 1, el ADN telomérico de "ebrasencilla se sueta a una región de ADN de doble "ebra !orque la "ebra de ADN telomérico altera la doble "élice y sea!area a una de las dos "ebras. Esta estructura de tri!le "ebra se denomina &ao de desp&aamiento o &ao D *D#&oop+.:=
Hendiduras ma,or , menor
Animación de la estructura de una sección de
ADN. #as bases se encuentran
"ori$ontalmente entre las dos "ebras en
es!iral. ersión am!liada:;
Doble "élice- a+ Dextrógira, b+ #evógira.
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#a doble "élice es una es!iral dextrógira, esto es, cada una de las cadenas denucleótidos gira a derec"as4 esto !uedeveriicarse si nos iamos, yendo de abao a arriba, en la dirección que siguen los segmentos de las "ebras que quedanen !rimer !lano. Si las dos "ebras giran a derec"as se dice que la doble "élice es dextrógira, y si giran ai$quierdas, levógira *esta orma !uede a!arecer en "élices alternativas debido a cambios conormacionales en el ADN+.0ero en la conormación más com)n que ado!ta el ADN, la doble "élice es dextrógira, girando cada !ar de basesres!ecto al anterior unos ?=U.<
5uando las dos "ebras de ADN se enrollan una sobre la otra *sea a derec"as o a i$quierdas+, se orman "uecos o"endiduras entre una "ebra y la otra, deando ex!uestos los laterales de las bases nitrogenadas del interior *ver laanimación+. En la conormación más com)n que ado!ta el ADN a!arecen, como consecuencia de los ángulos ormados
entre los a$)cares de ambas cadenas de cada !ar de bases nitrogenadas, dos ti!os de "endiduras alrededor de lasu!ericie de la doble "élice- una de ellas, la "endidura o surco mayor, que mide >> P *>,> nm+ de anc"o, y la otra, la"endidura o surco menor, que mide /> P */,> nm+ de anc"o.</ 5ada vuelta de "élice, que es cuando ésta "a reali$ado ungiro de ?=U o lo que es lo mismo, de !rinci!io de "endidura mayor a inal de "endidura menor, medirá !or tanto ?: P, yen cada una de esas vueltas "ay unos /,< !b.
7endiduras mayor y menor de la doble "élice.
#a anc"ura de la "endidura mayor im!lica que los extremos de las bases son más accesibles en ésta, de orma que lacantidad de gru!os qu&micos ex!uestos también es mayor lo cual acilita la dierenciación entre los !ares de bases A31, 1
A, 53C, C35. 5omo consecuencia de ello, también se verá acilitado el reconocimiento de secuencias de ADN !or !artede dierentes !rote&nas sin la necesidad de abrir la doble "élice. As&, !rote&nas como los actores de transcri!ción que!ueden unirse a secuencias es!ec&icas, recuentemente contactan con los laterales de las bases ex!uestos en la"endidura mayor .<> 0or el contrario, los gru!os qu&micos que quedan ex!uestos en la "endidura menor son similares, deorma que el reconocimiento de los !ares de bases es más di&cil4 !or ello se dice que la "endidura mayor contiene másinormación que la "endidura menor .<
-entido , antisentidoLeditar M Artícu&o principa& Antisentido
(na secuencia de ADN se denomina 2sentido2 *en inglés, sense+ si su secuencia es la misma que la secuencia deun A'N mensaero que se traduce en una !rote&na. #a secuencia de la "ebra de ADN com!lementaria sedenomina /antisentido/ *antisense+. En ambas "ebras de ADN de la doble "élice !ueden existir tanto secuenciassentido,que codiican A'Nm, como antisentido, que no lo codiican. Es decir, las secuencias que codiican A'Nm no están todas!resentes en una sola de las "ebras, sino re!artidas entre las dos "ebras. 1anto en !rocariotascomo en eucariotas se!roducen A'Ns con secuencias antisentido, !ero la unción de esos A'Ns no está com!letamente clara.<? Se "a!ro!uesto que los A'Ns antisentido están im!licados en la regulación de laex!resión génica mediante a!areamiento
A'N3A'N- los A'Nsantisentido se a!arear&an con los A'Nm com!lementarios, bloqueando de esta ormasu traducción.<:
En unas !ocas secuencias de ADN en !rocariotas y eucariotas *este "ec"o es más recuente en !lásmidos yvirus+, ladistinción entre "ebras sentido y antisentido es más diusa, debido a que !resentan genes su!er!uestos.<< En estoscasos, algunas secuencias de ADN tienen una unción doble, codiicando una !rote&na cuando se lee a lo largo de una"ebra, y una segunda !rote&na cuando se lee en la dirección contraria a lo largo de la otra "ebra. En bacterias, estasu!er!osición !uede estar involucrada en la regulación de la transcri!ción del gen,<= mientras que en virus los genessu!er!uestos aumentan la cantidad de inormación que !uede codiicarse en sus diminutos genomas.<@
-upe enrollamiento
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Estructura de moléculas de ADN lineales con los extremos ios y su!erenrolladas. 0or claridad, se "a omitido la estructura en "élicedel ADN.
El ADN !uede retorcerse como una cuerda en un !roceso que se denominasu!erenrollamiento del ADN *Hsu!ercoilingI,en inglés+. 5uando el ADN está en un estado 2relaado2, una "ebra normalmente gira alrededor del ee de la doble "éliceuna ve$ cada /,: !ares de bases, !ero si el ADN está retorcido las "ebras !ueden estar unidas más estrec"amente omás relaadamente.<9 Si el ADN está retorcido en la dirección de la "élice, se dice que el su!erenrollamiento es !ositivo, ylas bases se mantienen untas de orma más estrec"a. Si el ADN se retuerce en la dirección o!uesta, elsu!erenrollamiento se llama negativo, y las bases se alean. En la naturale$a, la mayor !arte del ADN tiene un ligerosu!erenrollamiento negativo que es !roducido !or en$imasdenominadas to!oisomerasas.<; Estas en$imas también sonnecesarias !ara liberar las uer$as de torsión introducidas en las "ebras de ADN durante !rocesos comola transcri!ción y la re!licación.=
%odiicaciones qu&micasLeditar M
citosina <3metil3citosina timina
Estructura de la citosina con y sin el gru!o metilo. 1ras la desaminación, la <3metil3citosina tiene la misma estructura que la timina.
.odificaciones de bases del ADNLeditar M#a ex!resión de los genes está inluenciada !or la orma en la que el ADN está em!aquetado en cromosomas, en unaestructura denominada cromatina. #as modiicaciones de bases !ueden estar im!licadas en el em!aquetamiento del
ADN- las regiones que !resentan una ex!resión génica baa o nula normalmente contienen niveles altos de metilación delas bases citosina. 0or eem!lo, la metilación de citosina !roduce <3metil3citosina, que es im!ortante !ara la inactivacióndel cromosoma .=/ El nivel medio de metilación var&a entre organismos- el gusano !aenor0abditis e&egans carece demetilación de citosina, mientras que losvertebrados !resentan un nivel alto 3 "asta /Y de su ADN contiene <3metil3citosina.=> A !esar de la im!ortancia de la <3metil3citosina, ésta !uede desaminarse !ara generar una base timina. #ascitosinas metiladas son !or tanto !articularmente sensibles a mutaciones.=? Jtras modiicaciones de bases incluyen la
metilación de adeninaen bacterias y la glicosilación de uracilo !ara !roducir la 2base3G2 en Fineto!lastos.=:
=<
Da/o del ADN
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%olécula de Wen$o!ireno, mutágeno !resente !or eem!lo en el "umo del tabaco, ligada una "élice de ADN.==
El ADN !uede resultar da6ado !or muc"os ti!os de mutágenos, que cambian la secuencia del ADN- agentes alquilantes, además de radiación electromagnética de alta energ&a, como lu$ ultravioleta y rayos . El ti!o de da6o !roducido en el
ADN de!ende del ti!o de mutágeno. 0or eem!lo, la lu$ ( !uede da6ar al ADN !roduciendo d&meros de timina, que seorman !or ligamiento cru$ado entre bases !irimid&nicas.=@ 0or otro lado, oxidantes tales como radicales libres oel !eróxido de "idrógeno!roducen m)lti!les da6os, incluyendo modiicaciones de bases, sobre todo guanina, y roturas dedoble "ebra *doub&e#strand brea1s+.=9 En una célula "umana cualquiera, alrededor de < bases suren da6o oxidativo
cada d&a.=; @ De estas lesiones oxidativas, las más !eligrosas son las roturas de doble "ebra, ya que son di&ciles dere!arar y !ueden !roducir mutaciones !untuales, inserciones y deleciones de la secuencia de ADN, as&como translocaciones cromosómicas.@/
%uc"os mutágenos se !osicionan entre dos !ares de bases adyacentes, !or lo que se denominan agentes interca&antes.#a mayor&a de los agentes intercalantes son moléculas aromáticas y !lanas, como elbromuro de etidio, la daunomicina,la doxorubicina y la talidomida. 0ara que un agente intercalante !ueda integrarse entre dos !ares de bases, éstas debense!ararse, distorsionando las "ebras de ADN y abriendo la doble "élice. Esto in"ibe la transcri!ción y la re!licación del
ADN, causando toxicidad y mutaciones. 0or ello, los agentes intercalantes del ADN son a menudo carcinógenos- el ben$o!ireno, las acridinas, la alatoxina y el bromuro de etidio son eem!los bien conocidos.@> @? @: Sin embargo, debidoa su ca!acidad !ara in"ibir la re!licación y la transcri!ción del ADN, estas toxinas también se utili$anen quimiotera!ia!ara in"ibir el rá!ido crecimiento de las células cancerosas.@<
El da6o en el ADN inicia una res!uesta que activa dierentes mecanismos de re!aración que reconocen lesiones
es!ec&icas en el ADN, que son re!aradas en el momento !ara recu!erar la secuencia original del ADN. Asimismo, elda6o en el ADN !rovoca una !arada en el ciclo celular , que conlleva la alteración de numerosos !rocesos isiológicos,que a su ve$ im!lica s&ntesis, trans!orte y degradación de !rote&nas *véase también5"ecF!oint de da6os en el ADN+.
Alternativamente, si el da6o genómico es demasiado grande !ara que !ueda ser re!arado, los mecanismos de controlinducirán la activación de una serie de rutas celulares que culminarán en la muerte celular .
