Estructura del ADN

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es un polímero lineal de desoxirribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y timina.

El ADN adopta una conformación espacial con diferentes niveles de complejidad estructural. Presenta:

  • Estructura primaria: La secuencia de los nucleótidos.
  • Estructura secundaria: La doble hélice.
  • Estructura terciaria: Asociación con proteínas nucleares que le permite empaquetarse y adoptar estructuras superenrolladas.

Estructura primaria del ADN

En los ácidos nucleicos los nucleótidos se encuentran unidos mediante enlaces fosfodiéster, entre el fosfato del carbono 5′ de un nucleótido, y el grupo alcohol (-OH) del carbono 3′ del siguiente.

La estructura primaria del ADN corresponde a la secuencia lineal de nucleótidos, ordenados desde el primer nucleótido (el que tiene el extremo 5’ de su desoxirribosa unido a un grupo fosfato libre) hasta el último (extremo 3’ de la desoxirribosa libre).

Cuando se representa una cadena de ADN, se indica la secuencia de desoxirribonucleótidos de manera abreviada:

  • A para desoxiadenosín-5´-monofosfato (dAMP)
  • G para desoxiguanosín-5´-monofosfato (dGMP)
  • C para desoxicitidín-5´-monofosfato (dCMP)
  • T para desoxitimidín-5´-monofosfato (dTMP)

y los extremos 5’ y 3’:

5’-CTAG -3’

Estructura-primaria-del-ADN

El orden de la secuencia de los nucleótidos es donde reside la información necesaria para sintetizar proteínas. La secuencia 5’-CTA -3’ codifica para un aminoácido diferente que la secuencia 5’-ACT-3’ aunque su composición química sea la misma.

Estructura secundaria del ADN

Contexto histórico:  Chargaff, Franklin, Watson y Crick

Desde finales del siglo XIX , gracias al químico Miescher, se conocía una sustancia ácida que se encontraba en el núcleo celular. Chargaff estudió los componentes de ese ácido a mediados del siglo XX y llegó a las siguientes conclusiones:

  • La concentración de bases nitrogenadas que lo componen varía de una especie a otra y los valores son más parecidos cuanto más emparentadas estén las especies.
  • La composición de las bases no varía con la edad del organismo ni con cambios ambientales.
  • La concentración de Adenina es igual a la de Timina, y la de Citosina a la de Guanina, es decir, la cantidad de purinas es igual a la cantidad de pirimidinas.

Mientras esto sucedía en Estados Unidos, Rosalind Franklin en Reino Unido hacía un estudio de difracción de rayos X del ADN y obtuvo la fotografía de una estructura fibrilar de 20 Å de diámetro con repeticiones cada 3,4 Å y cada 34 Å.

Con todos estos datos, Watson y Crick, sin llevar a cabo ninguna experimentación formal, publicaron un modelo teórico para la estructura del ADN en 1953 que era compatible con los datos obtenidos por Chargaff y Franklin.

Modelo de doble hélice

La molécula de ADN-B , que fue la descrita por Watson y Crick, tiene las siguientes características:

  • Contiene dos cadenas de polinucleótidos antiparalelas: una en sentido 5’-3’ y la otra en sentido 3’-5’. Ambas cadenas quedan forman una hélice de 2nm de diámetro con la desoxirribosa y el grupo fosfato en el exterior y las bases nitrogenadas en el interior quedando enfrentadas y unidas mediante puentes de hidrógeno.Estructura-secundaria-del-ADN
  • Las secuencias de bases son complementarias y existe una correspondencia entre las bases nitrogenadas: la adenina se une a la timina mediante dos puentes de hidrógeno y la guanina a la citosina mediante tres puentes de hidrógeno. A + G = T + C
  • El enrollamiento entre las dos cadenas es dextrógiro y de tipo plectonémico, es decir, para separarse tienen que desenrollarse primero.
  • Los pares de bases son prácticamente horizontales y el eje imaginario de la hélice atraviesa su centro. Cada pareja de nucleótidos está separada de la siguiente por una distancia de 3,4 Å  y cada vuelta de la doble hélice está formada por 10 pares de nucleótidos.ADN B

La estructura  B del ADN es la forma en la que se encuentra el ADN en disolución pero no es la única:

  • La forma A,  que solo se ha observado en condiciones de laboratorio, también es dextrógira.  Es una doble hélice más ancha y más corta que la B, pues mide 2,3 nm de diámetro y posee 11 pares de bases por cada vuelta y estos pares están inclinados 20 grados con respecto al eje imaginario de la hélice.
  • La forma Z, sin embargo, es levógira. Es una doble hélice más larga y estrecha que la forma B, pues mide 3,8 nm de diámetro y posee 12 pares de bases por cada vuelta.

Estructura terciaria del ADN

Células procariotas, mitocondrias y cloroplastos

El ADN de bacterias, mitocondrias y cloroplastos se encuentra asociado a ARN y a proteínas y se pliega como una superhélice en forma de ochos. El superenrollamiento provoca la aparición de bucles o dominios que le permiten ocupar poco espacio.

Existen topoenzimas, que se encargar de empaquetar el ADN y de descondensarlo para la replicación y la transcripción.

Células eucariotas

El ADN del núcleo de células eucariotas se encuentra asociado a proteínas básicas (tanto histonas como proteínas no histónicas). Según el nivel de empaquetamiento del ADN se forman diferentes estructuras:

  • Nucleosoma y collar de perlas.
  • Fibra de cromatina.
  • Cromosoma

Para ampliar información sobre el empaquetamiento del ADN en células eucariotas puedes pinchar en el siguiente enlace.