ESTRUCTURA DEL ADN
El ácido desoxirribonucleico,
frecuentemente abreviado como ADN (y también DNA, del inglés deoxyribonucleic
acid), es un tipo de ácido nucleico, una macromolécula que forma parte de todas las células.
Contiene la información genética usada en el desarrollo y el funcionamiento de los organismos vivos y es responsable de su transmisión hereditaria. El ADN es un polinucleótido.
Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas
entre sí, llamados nucleótidos, y cada nucleótido, a su vez,
está formado por:
Ø
un azúcar (la desoxirribosa).
Ø
una base
nitrogenada (que puede ser adenina A, timina, citosina, guanina).
Ø
un grupo fosfato que actúa
como enganche de cada nucleótido con el siguiente.
Componentes
Estructura de soporte: La estructura de soporte de una hebra de ADN está formada por unidades alternas de grupos fosfato y
azúcar. El azúcar en el ADN es una pentosa,
concretamente, la desoxirribosa.
§ Ácido fosfórico:
§ Desoxirribosa:
Es un monosacárido de 5 átomos de carbono (una pentosa) derivado de la ribosa,
que forma parte de la estructura de nucleótidos del ADN. Su fórmula es C5H10O4.
Las moléculas de azúcar se unen entre sí a través de grupos fosfato, que
forman enlaces fosfodiéster entre los átomos de carbono tercero (3′, «tres prima») y quinto (5′, «cinco prima») de dos
anillos adyacentes de azúcar. La formación de enlaces asimétricos implica que cada hebra de ADN tiene una
dirección. En una doble hélice, la
dirección de los nucleótidos en una
hebra (3′ → 5′) es opuesta a la dirección en la otra hebra (5′ → 3′). Esta organización
de las hebras de ADN se denomina antiparalela; son cadenas
paralelas, pero con direcciones opuestas. De la misma manera, los extremos
asimétricos de las hebras de ADN se denominan extremo 5′ («cinco
prima») y extremo 3′ («tres prima»), respectivamente.
Las cuatro bases nitrogenadas mayoritarias que se encuentran en el ADN son la adenina (A),
la citosina (C), la guanina (G) y la timina (T). Cada una de estas cuatro bases está unida al armazón
de azúcar-fosfato a través del azúcar para formar el nucleótido completo
(base-azúcar-fosfato). Las bases son compuestos heterocíclicos y aromáticos con
dos o más átomos de nitrógeno,
y, dentro de las bases mayoritarias, se clasifican en dos grupos: las bases púricas o purinas (adenina y guanina), derivadas de la purina y formadas por dos anillos unidos entre sí, y
las bases
pirimídicas o pirimidinas (citosina y timina), derivadas de la pirimidina y con
un solo anillo.
- Timina:
En el código
genético se representa con la letra T.
Es un derivado pirimidínico con un grupo
oxo en las posiciones 2 y 4, y un grupo
metil en la posición 5. En el ADN, la timina
siempre se empareja con la adenina de la cadena complementaria mediante 2 puentes
de hidrógeno=A.
Su fórmula química es C5H6N2O2 y
su nomenclatura 2, 4-dioxo, 5-metilpirimidina.
· Citosina:
En el código genético se representa con
la letra C. Es un derivado pirimidínico, con un grupo
amino en posición 4 y un grupo oxo en posición
2. La citosina siempre se empareja en
el ADN con la guanina de la cadena complementaria mediante un triple
enlace, C≡G. Su fórmula química es C4H5N3O
y su nomenclatura 2-oxo, 4 aminopirimidina. Su masa molecular es de 111,10 unidades de masa atómica. La citosina se descubrió en 1894, al aislarla del tejido
del timo de carnero.
· Adenina:
En el código genético se representa con
la letra A. Es un derivado de la purina con un grupo amino en la
posición 6. En el ADN siempre se empareja con la timina de la cadena complementaria mediante 2
puentes de hidrógeno, A=T. Su fórmula química es C5H5N5 y
su nomenclatura 6-aminopurina. La adenina, junto con la timina, fue descubierta
en 1885 por el médico alemán Albrecht Kossel.
Adenina: 6- aminopurina
- Guanina:
En el código genético se representa con
la letra G. Es un derivado púrico con un grupo oxo en la posición 6
y un grupo amino en la posición 2.). La guanina siempre se empareja en el ADN con la citosina de la cadena complementaria
mediante tres enlaces de hidrógeno, G≡C. Su fórmula química es C5H5N5O
y su nomenclatura 6-oxo, 2-aminopurina.
Guanina: 6-oxo, 2-amino urina
Por otro lado, y aunque se trate de moléculas apolares, las bases nitrogenadas presentan suficiente
carácter polar como para
establecer puentes de hidrógeno, ya que
tienen átomos muy electronegativos (nitrógeno
y oxígeno) que presentan carga parcial negativa, y átomos de hidrógeno con
carga parcial positiva, de manera que se forman dipolos que permiten que se
formen estos enlaces débiles.
Se estima que el genoma humano haploide tiene alrededor de 3.000 millones de pares de bases. Para
indicar el tamaño de las moléculas de ADN se indica el número de pares de
bases, y como derivados hay dos unidades de medida muy utilizadas, la kilobase (kb), que equivale a 1.000 pares de bases, y la megabase (Mb), que equivale a un millón de pares de bases.
Apareamiento
de bases
La doble hélice de ADN se mantiene estable mediante la formación
de puentes de hidrógeno entre
las bases asociadas a cada una de las dos hebras. Para la formación de un enlace
de hidrógeno una de las bases debe presentar un
"donador" de hidrógenos con un átomo de hidrógeno con carga parcial
positiva (-NH2 o -NH) y la otra base debe presentar un grupo
"aceptor" de hidrógenos con un átomo cargado electronegativamente (C=O o N). Los puentes de hidrógeno son uniones más
débiles que los típicos enlaces químicos covalentes, como los que conectan los átomos en cada hebra
de ADN, pero más fuertes que interacciones hidrófobas individuales, enlaces
de Van der Waals, etc. Como los puentes de hidrógeno
no son enlaces covalentes, pueden
romperse y formarse de nuevo de forma relativamente sencilla. Por esta razón,
las dos hebras de la doble hélice pueden separarse como una cremallera, bien
por fuerza mecánica o por alta temperatura. La
doble hélice se estabiliza además por el efecto hidrofóbico y el apilamiento, que no se ven influidos por la
secuencia de bases del ADN.
Cada tipo de base en una hebra forma un enlace únicamente con un tipo de
base en la otra hebra, lo que se denomina complementariedad de las
bases. Así, las purinas forman enlaces con las pirimidinas, de forma que A
se enlaza sólo con T, y C sólo con G. La organización de dos nucleótidos
apareados a lo largo de la doble hélice se denomina apareamiento de bases.
Este emparejamiento corresponde a la observación ya realizada por Erwin
Chargaff (1905-2002), que mostró que la
cantidad de adenina era muy similar a la cantidad de timina, y que la cantidad
de citosina era igual a la cantidad de guanina en el ADN. Como resultado de
esta complementariedad, toda la información contenida en la secuencia de doble
hebra de la hélice de ADN está duplicada en cada hebra, lo cual es fundamental
durante el proceso de replicación del ADN. En efecto, esta interacción
reversible y específica entre pares de bases complementarias es crítica para
todas las funciones del ADN en los organismos vivos.
Como se ha indicado anteriormente, los dos tipos de pares de bases forman un número
diferente de enlaces de hidrógeno: A=T forman dos puentes de hidrógeno, y C≡G
forman tres puentes de hidrógeno.
Un par A=T con dos puentes de hidrogeno se
muestran como líneas
