2. EL ADN (CIDO DESOXIRRIBONUCLEICO)

Composicin

El ADN es un polinucletido lineal que est formado por nucletidos de desoxirribosa con adenina,

guanina, citosina y timina, unidos entre s mediante enlaces fosfodister, formados entre el fosfato del C5

de la pentosa del nuevo nucletido que se va a aadir y el OH del C3 de la

pentosa del ltimo nucletido de la hebra en formacin, con prdida de una

molcula de agua.

De esta manera, queda una cadena cuyo esqueleto est formado por

pentosas y fosfatos alternados, y unidas lateralmente a la cadena, quedan

las bases nitrogenadas. El primer nucletido de la hebra tiene libre el

extremo 5- P , y el ltimo tiene libre el extremo 3-OH, por lo que se dice

que la hebra crece desde el extremo 5 al 3 (5 3).

Los grupos P emplean dos de sus tres grupos hidroxilos en el enlace,

quedando cargado negativamente el grupo que queda libre, lo que le da

carcter cido, pudiendo as unirse con protenas bsicas como las histonas

para formar las nucleoprotenas (cromatina).

Las distintas hebras de ADN se diferencian unas de otras en su

tamao, en la longitud de la cadena y en la secuencia de bases. Como las

bases son lo nico que diferencia a un ADN de otro, es comn ver una hebra

de ADN en forma abreviada as:

5 ATTGCCGTAACGA 3

Localizacin

En las clulas eucariotas, se encuentra mayoritariamente en el ncleo, pero tambin aparece en las

mitocondrias y en los cloroplastos. El ADN nuclear est asociado a protenas, bsicamente a histonas, aunque

hay una pequea cantidad unido a protenas no histnicas. El ADN de las mitocondrias y cloroplastos es

similar al de las clulas procariotas (bicatenario y circular).

El ADN procariota est asociado a protenas semejantes a las histonas, a ARN y a protenas no

histnicas, situndose en una zona del citoplasma llamada nucleoide, que carece de envoltura.

En los virus, algunos de ellos contienen ADN, que tambin aparece asociado a histonas de la clula

parasitada o a protenas propias no histnicas.

Funciones

Estas funciones son:

Es el portador de la informacin gentica, es decir, es una molcula que almacena la informacin que se

transmite de una clula a otra, de generacin en generacin. La informacin gentica radica en el orden

de los nucletidos del ADN. Cada individuo posee un ADN distinto. La composicin de bases vara de unas

especies a otras. Las especies emparentadas posen secuencias de bases ms parecidas que especies poco

relacionadas filogenticamente.

La secuencia de bases contiene la informacin necesaria para la sntesis de protenas, que dirigen la

actividad celular.

Niveles estructurales

Se distinguen dos niveles estructurales:

a. Estructura primaria: es la secuencia de nucletidos de una hebra, o lo que es lo mismo, su secuencia de

bases (citar lo explicado en la composicin).

b. Estructura secundaria o doble hlice: esta estructura fue determinada en 1953 por Watson y Crick,

basndose en los resultados obtenidos en los experimentos de otros cientficos, cuyas aportaciones

fueron:

- El ADN es una molcula larga y rgida.

- La suma de bases pricas es igual a la suma de bases pirimidnicas (equivalencia de bases), o lo que

es lo mismo, la proporcin de adeninas es igual a la de timinas (A=T) y la de guaninas es igual a la de

citosinas (G=C). Esto se conoce como Regla de Chargaff.

- Por observacin mediante difraccin de rayos X se distinguen estructuras que se repiten cada 0,34 y

3,4 nm. (1 nm = 10-9m /1mm = 106nm).

A partir de estos resultados postularon el modelo de doble hlice-B, que adems explica el

mecanismo de la transmisin de la informacin gentica. Segn este modelo, la estructura secundaria del

ADN es de una doble hlice lineal, (molcula bicatenaria lineal),

dextrgira (con enrollamiento hacia la derecha), enrollada

alrededor de un eje imaginario, con enrollamiento plectonmico

(implica que para separar las dos hebras hay que girar una respecto

a la otra). Las bases nitrogenadas se disponen hacia el interior, y el

esqueleto de fosfatos y desoxirribosas, hacia el exterior.

Cada vuelta mide aproximadamente 3,4 nm. de longitud e incluye

unos 10 pares de nucletidos, estando cada pareja separada 0,34

nm. de la siguiente. Esta disposicin espacial de las dos cadenas

hace que aparezcan en la doble hlice un surco mayor y uno menor.

Son opuestas porque las bases se enfrentan entre s, y son

antiparalelas porque una se sita en sentido 5 3 y la otra en

sentido 3 5 (sus enlaces fosfodister tienen direcciones

contrarias). Las bases complementarias estn apareadas mediante

puentes de H que unen las dos cadenas, dndoles gran estabilidad

para la formacin de los cromosomas. La A se empareja con la T mediante dos puentes de H, y la G con la

C mediante tres. Las cadenas son complementarias (conociendo una se puede saber la otra), no iguales,

puesto que la secuencia es distinta.

Se han descrito otros modelos de doble hlice, aunque la forma de hlice B es la mayoritaria.

El ADN bicatenario lineal que hemos estudiado aparece en el ncleo de las clulas eucariotas y en

algunos virus, pero tambin se han observado diferentes estructuras secundarias: ADN monocatenario (es

raro, aparece en algunos virus), ADN bicatenario circular en el cromosoma y los plsmidos de las bacterias, y

en las mitocondrias y los cloroplastos de las clulas eucariotas.

Niveles de condensacin del ADN

Resultan de la unin del ADN con protenas bsicas, las histonas, y otras no histonas, con el fin de

almacenar una gran cantidad de informacin en poco volumen, y de que esa informacin sea accesible. As se

forman la cromatina y los cromosomas. Esta asociacin se produce al tener el ADN carga negativa (del OH

del grupo fosfato que pierde su protn debido a su carcter cido), mientras que las histonas, al ser bsicas,

tienen carga positiva.

El primer nivel de condensacin es la fibra de 10 nm. o collar de

perlas. Cada cuenta de ese collar es una estructura proteica formada

por un octmero de histonas rodeado por la hebra de ADN bicatenario,

formando el nucleosoma.

Cada nucleosoma est formado por dos molculas de cada uno de los

tipos de histonas: H2A, H2B, H3 y H4. Este conjunto est recubierto

por el ADN, al que obliga a seguir una trayectoria helicoidal de dos

vueltas, con 146 pares de nucletidos implicados.

La quinta histona, la H1, que se aade por el exterior del nucleosoma,

no aparece en todos los organismos. Se encuentra asociada al nucleosoma por el lado en que el ADN entra y

sale de l, y promueve la compactacin del ADN en los organismos

pluricelulares, facilitando que los nucleosomas se enrollen en

superhlice formando las fibras de cromatina. El fragmento de

ADN que une un nucleosoma con el siguiente se llama ADN

espaciador, linker o ligador.

El segundo nivel de condensacin es la fibra de 30 nm., donde

el collar de perlas se enrolla helicoidalmente para formar el

solenoide o fibra cromatnica, con seis nucleosomas por vuelta,

alrededor de un eje formado por las histonas H1 que se agrupan

entre s. As se acorta cinco veces la longitud del collar de perlas.

El tercer nivel de empaquetamiento es el nivel

de los bucles, que se forman por plegamiento del

solenoide.

El cuarto nivel de empaquetamiento es el de la

roseta, formada por una estructura retorcida

formada por seis bucles.

El quinto y ltimo nivel de condensacin, que da

lugar a las cromtidas de un cromosoma es el de la

espiral de rosetones, en el que las rosetas se

disponen helicoidalmente alrededor de un armazn

proteico central, de protenas no histnicas.

Desnaturalizacin y renaturalizacin

La doble hlice de ADN en estado natural es muy estable, pero, si se calienta una dispersin de fibras

de ADN, cuando la temperatura llega aproximadamente a 100C, las dos hebras de la doble hlice se separan

por ruptura de los puentes de hidrgeno (nunca los enlaces covalentes entre las pentosas y los fosfatos), es

decir, se produce la desnaturalizacin del ADN. A ms cantidad de G-C se necesita ms temperatura para

desnaturalizar, por tener tres puentes de H. Los cambios de pH y las elevadas concentraciones salinas

tambin producen la desnaturalizacin.

Si posteriormente se mantiene el ADN desnaturalizado a 65C, o si el pH se vuelve a situar en los

parmetros biolgicos, las dos hebras vuelven a unirse. Esta restauracin de la doble hlice se llama

renaturalizacin y es lo que permite la hibridacin si se parte de hebras de distintos ADN. Si se mezclan

trozos de ADN desnaturalizado de cromosomas distintos de una misma clula, de distintos individuos o

incluso distintas especies, al enfriarse la solucin se pueden obtener molculas hbridas. La hibridacin se

utiliza en Biotecnologa.