El ADN: Estructura, Descubrimiento y Propiedades Fundamentales

El Ácido Desoxirribonucleico (ADN): Ubicación y Composición

El ADN se encuentra principalmente en el núcleo de las células eucariotas, así como en los orgánulos cloroplastos y mitocondrias. También está presente en el citoplasma de las células procariotas.

Está formado por unidades llamadas nucleótidos, cada uno compuesto por una desoxirribosa (azúcar), un grupo fosfato y una de las cuatro bases nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Timina (T) o Citosina (C). Estos nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster para formar una cadena polinucleotídica.

Estructura del ADN: De la Primaria a la Doble Hélice

Estructura Primaria

La estructura primaria del ADN viene dada por la secuencia lineal de nucleótidos (A, G, T, C) unidos por enlaces fosfodiéster, formando una cadena polinucleotídica.

Estructura Secundaria: El Modelo de la Doble Hélice

La estructura funcional y más reconocida del ADN es su estructura secundaria, la famosa doble hélice. Este modelo fue propuesto por James Watson y Francis Crick.

Su descubrimiento fue expuesto y publicado en 1953 en un corto artículo en la prestigiosa revista Nature. Posteriormente, en 1962, se les concedió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina, junto con Maurice Wilkins.

Fundamentos del Modelo de Watson y Crick

Watson y Crick basaron su modelo en los estudios previos de otros científicos clave:

• Erwin Chargaff: Tras analizar muestras de ADN de distintos tipos de células de una especie y de ADN de especies distintas, demostró las siguientes reglas de equivalencia de bases, conocidas como Reglas de Chargaff:
  • La cantidad de Adenina (A) es aproximadamente igual a la cantidad de Timina (T) (A ≈ T).
  • La cantidad de Guanina (G) es aproximadamente igual a la cantidad de Citosina (C) (G ≈ C).
  La relación (A+T) / (G+C) varía entre especies, pero es constante dentro de una misma especie. Estos valores son más parecidos cuanto más emparentadas estén las especies entre sí.
• Rosalind Franklin y Maurice Wilkins: Sus investigaciones, llevadas a cabo mediante la técnica de difracción de rayos X aplicada a la molécula de ADN, fueron cruciales. Descubrieron que el ADN era una molécula helicoidal y de doble cadena, proporcionando imágenes clave que sugirieron la estructura helicoidal.

El Modelo de la Doble Hélice de Watson y Crick: Detalles Estructurales

El ADN, según el modelo de Watson y Crick, está formado por una doble cadena de polinucleótidos enfrentadas por sus bases nitrogenadas, que se unen entre sí formando una estructura estable con forma de doble hélice al enrollarse en espiral en torno a un eje imaginario.

• Cadenas Antiparalelas: Las dos cadenas son antiparalelas, lo que significa que van en direcciones opuestas. Una cadena se orienta en dirección 5'-3' (quedando libre el grupo hidroxilo -OH del carbono 3' de la desoxirribosa en un extremo), y la otra en dirección 3'-5' (quedando libre el grupo hidroxilo -OH del carbono 5' de la desoxirribosa en el otro extremo).
• Complementariedad de Bases: Las dos cadenas son complementarias, de acuerdo con las Reglas de Equivalencia de Bases de Chargaff. Esto significa que la Adenina (A) de una cadena siempre se aparea con la Timina (T) de la otra, y la Guanina (G) siempre se aparea con la Citosina (C).
• Unión por Puentes de Hidrógeno: La unión entre las dos cadenas se realiza mediante enlaces de puentes de hidrógeno entre las bases complementarias:
  • Dos puentes de hidrógeno entre Adenina (A) y Timina (T) (A=T).
  • Tres puentes de hidrógeno entre Citosina (C) y Guanina (G) (C≡G).
• Enrollamiento Dextrógiro: Las dos cadenas se pliegan entre sí hacia la derecha (son dextrógiros), formando una hélice diestra. Para desenrollar una cadena, es necesario hacer girar la otra.
• Configuración de Doble Hélice: Las dos cadenas se pliegan sobre sí mismas, obligadas por los puentes de hidrógeno, hasta adoptar la configuración de doble hélice.

El modelo de ADN descrito inicialmente por Watson y Crick fue la forma B, que es dextrógira. Posteriormente, se descubrieron otras formas, como la forma A (también dextrógira) y la forma Z (levógira).

En la secuencia de bases del ADN radica la información genética, que debe, por una parte, expresarse para convertirse en proteínas (mediante transcripción y traducción) y, por otra, transmitirse exactamente a la descendencia mediante el proceso de replicación.

Características del ADN: Desnaturalización y Reversibilidad

Desnaturalización del ADN

La desnaturalización del ADN es un proceso en el que se produce la separación de las dos cadenas de la doble hélice. Esto ocurre al destruirse los enlaces de puentes de hidrógeno entre las bases complementarias. El factor que más comúnmente lo produce es el aumento de la temperatura.

Al desnaturalizarse, ambas cadenas se separan. Sin embargo, este proceso es reversible (renaturalización o hibridación) si las condiciones (como la temperatura) se restablecen gradualmente, con la única condición de que las bases sean complementarias para que los puentes de hidrógeno puedan reformarse.

La reversibilidad de la desnaturalización ha dado lugar a la técnica de hibridación del ADN, que permite, entre otras aplicaciones, conocer el grado de parentesco entre ADN de distintas especies o identificar secuencias específicas. Esta técnica es fundamental en campos como la genética forense, donde se puede analizar ADN a partir de fragmentos de pelo, piel, saliva, semen o flujos vaginales.