ADN
Estructura y Función
El ADN (ácido desoxirribonucleico) alberga el material genético, los genes, en forma de macromoléculas de miles de millones de UMA. Para su estudio, se utiliza como modelo la bacteria E. coli, cuyo ADN mide 1.4 mm, equivalente a 3.4 millones de pares de bases, cada una con un peso de 660 Dalton. El ADN de una célula humana extendido alcanza los 1.7 m. Se forma con las bases nitrogenadas adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T), unidas entre los carbonos 3’ y 5’ en diversas combinaciones.
El Experimento de Griffith
El microbiólogo Frederick Griffith observó un cambio en el comportamiento de las bacterias al inyectarles una sustancia posteriormente identificada como ADN: se volvían virulentas. Su experimento, utilizando isótopos radiactivos de fósforo (P) para marcar el ADN y de azufre (S) para marcar el ARN, permitió identificar al ADN como el responsable de la transformación bacteriana. Esta deducción se basó en que la cromatina está compuesta por ambos ácidos nucleicos.
Descubrimiento de la Doble Hélice
Primero se identificó la secuencia de nucleótidos. Después, se constató la naturaleza bicatenaria del ADN, con proporciones específicas entre A-T y G-C en casi todas las especies. Chargaff descubrió la complementariedad de bases, donde las cadenas se unen mediante puentes de hidrógeno: dobles entre A=T y triples entre G≡C. Esta complementariedad implica que una secuencia determina a la otra. Posteriormente, se descubrió la estructura helicoidal del ADN, lo que permitió establecer la cadena complementaria a partir de una secuencia dada.
Replicación del ADN
Durante la replicación, las cadenas de ADN se separan y cada una sirve como molde para la síntesis de su complementaria. La doble cadena implica que si una tiene un sentido, la otra debe tener el sentido opuesto para que las bases se complementen: son antiparalelas. Las secuencias ricas en C≡G son más estables y difíciles de desnaturalizar debido a los triples enlaces de hidrógeno.
La primera imagen del ADN, obtenida por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, fue crucial para que Watson y Crick propusieran el modelo de la doble hélice. Esta hélice es dextrógira, con un diámetro de 20 Å (Angstroms, 1 Å = 10-10 m). Cada vuelta completa de 360º mide 34 Å y contiene 10 pares de bases, separadas por 3.4 Å. Existen algunos fragmentos levógiros, pero son escasos.
Macroestructuras del ADN
La hélice de ADN se asocia con histonas (proteínas) formando la cromatina, que se encuentra dispersa cuando la célula no está en división.
Transcripción y Traducción
En la interfase del ciclo celular, el ADN se desespiraliza en ciertas zonas para la transcripción genética, donde una secuencia de ADN es copiada a una molécula de ARN. La secuencia de un gen se separa y cada base se transcribe a su complementaria en el ARN. Este ARN mensajero (ARNm) codifica la estructura primaria de una proteína en un proceso posterior llamado traducción.
La transcripción requiere señales de iniciación (codón AUG) y de finalización (codones UAG, UAA y UGA) para que la ARN polimerasa reconozca el inicio y el fin de la secuencia a copiar. La orientación de la secuencia es crucial, ya que si se transcribe en sentido inverso, se obtiene una proteína diferente.
Propiedades del ADN
- Tamaño y capacidad de almacenamiento: El ADN posee un tamaño enorme y una gran capacidad para almacenar información genética.
- Estabilidad: La gran cantidad de puentes de hidrógeno le confiere estabilidad, aunque no es inmutable y puede sufrir mutaciones que generan nuevos genes.
- Autorreplicación semiconservativa: Cada cadena sirve de molde para su complementaria, un proceso descubierto por Meselson y Stahl.
- Desnaturalización: El ADN puede desnaturalizarse de forma reversible por calor o radiaciones. La tasa de mutación varía entre especies, siendo de 1/10000 replicaciones en humanos. Las mutaciones pueden ser deletéreas, beneficiosas o neutras, y pueden ocurrir por delección, sustitución, duplicación, adición o inversión de bases.
Excepto algunos virus, no existen organismos con código genético de ARN. En procariotas, el ADN es circular. Algunos virus tienen ADN monocatenario.
ARN
El ARN (ácido ribonucleico) es un polímero de ribonucleótidos con bases A, G, C y uracilo (U), unidos por enlaces fosfodiéster 3’-5’. Generalmente contiene entre cientos y miles de nucleótidos y es monocatenario, aunque puede plegarse sobre sí mismo por complementariedad de bases.
Tipos de ARN
- ARNr (ARN ribosómico): Constituye el 80% del ARN celular. Unido a proteínas, forma los ribosomas, donde se lleva a cabo la traducción. Es monocatenario, pero puede plegarse.
- ARNm (ARN mensajero): Se transcribe del ADN y lleva la información genética a los ribosomas para la síntesis de proteínas. Su tamaño varía según la proteína a codificar y su vida media es corta. Cada triplete de bases se denomina codón.
- ARNt (ARN transferente): Molécula pequeña (~100 nucleótidos) con una estructura secundaria en forma de hoja de trébol debido a la complementariedad de bases. Transporta los aminoácidos a los ribosomas durante la traducción.
Un codón codifica un solo aminoácido, pero un aminoácido puede ser codificado por hasta seis codones diferentes, ya que existen 64 codones y 20 aminoácidos.