Los ácidos nucleicos son las moléculas que se encargan de almacenar la información genética, de transmitirla a otras células y de su expresión. Se trata de moléculas muy grandes, formadas por la repetición de nucleótidos. Según sea la composición del ácido nucleico, se distingue ADN o ARN. En este artículo os contaremos más sobre el ADN.
El ADN
El ADN o ácido desoxirribonucleico, es un polímero lineal de desoxirribonucleótidos. Las bases nitrogenadas que forman parte de las moléculas de ADN son la adenina, guanina, citosina y timina. La función del ADN es la de almacenar la información genética.
Podemos encontrar a esta enorme molécula en células eucariotas, fundamentalmente en el núcleo. En el núcleo de estas células el ADN es bicatenario lineal. También podemos encontrarla en su citoplasma, en mitocondrias y plastos, en este caso, es bicatenario circular.
En las células procariotas, la molécula de ADN se encuentra formando una condensación llamada nucleoide, bicatenario circular. También puede tener otras moléculas más pequeñas de ADN llamadas plásmidos.
En algunos virus, en cambio, es monocatenario lineal o circular. En otros virus, es bicatenario lineal o circular.
Los nucleótidos de la molécula de ADN están formados por la unión de una base nitrogenada (adenina, timina, citosina o guanina) con una desoxirribosa (una pentosa, es un monosacárido) y un grupo fosfato. A la hora de formar la cadena de ADN, entre los nucleótidos se establecen enlaces. Este enlace es el enlace fosfodiéster. Se produce entre el ácido fosfórico unido a la pentosa de un nucleótido y un grupo hidroxilo de una pentosa de otro nucleótido.
De esta manera, se forman largas cadenas lineales que siempre tendrán en un extremo un grupo fosfato libre y en el otro un grupo hidroxilo libre.
La estructura del ADN es relativamente compleja. La secuencia lineal de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster es la de la siguiente imagen:
En el ADN se distinguen cuatro niveles estructurales
Estructura primaria
Se trata de la secuencia lineal de desoxirribonucleótidos unidos por los enlaces fosfodiéster. Cuenta con dos extremos libres. Extremo 5´, unido al grupo fosfato libre, y el 3´, unido al grupo hidroxilo libre.
Estructura secundaria
Los nucleótidos se disponen en el espacio secuencialmente, formando una doble hélice. Esta estructura fue propuesta por en 1953 por J. Watson y F. Crick en base a los estudios de Chargaff y en base al análisis de cristales de ADN realizado por Rosalin Franklin y Maurice Wilkins.
Modelo de Watson y Crick
En el Modelo de Watson y Crick, el ADN es una doble hélice de 2 nm de diámetro. Está formada por dos cadenas de nucleótidos complementarias. Estas cadenas están unidas entre sí en toda su longitud, y enrolladas alrededor de un eje imaginario. El enrollamiento es dextrógiro (hacia la derecha) y plectonémico (para que las dos cadenas se separen hay que desenrollarlas). Además, las cadenas son antiparalelas: el extremo 3′ de una de ellas se enfrenta al extremo 5′ de la otra. Las bases nitrogenadas quedan situadas en el interior, y los esqueletos pentosa-fosfato en el exterior. Así, las cargas negativas de los grupos fosfato PO43- se unen a las cargas positivas de cationes o de otras moléculas presentes en el medio, estabilizando la estructura.
Cada pareja de nucleótidos quedará separada de la siguiente pareja una distancia de 0.34 nm y cada vuelta de la doble hélice comprende 10 pares de nucleótidos. Esto supone una longitud de 3.40 nm por vuelta.
Además, las dos cadenas de nucleótidos son complementarias. Las bases nitrogenadas están enfrentadas se unen mediante enlaces por puentes de hidrógeno. La timina se une mediante dos enlaces por puentes de hidrógeno con la adenina. La guanina con la citosina, mediante tres enlaces por puentes de hidrógeno.
Se establece pues, el principio de equivalencia de bases. El contenido en bases nitrogenadas púricas es igual al contenido en bases nitrogenadas pirimidínicas (Regla de Chargaff: A + G = T + C).
La doble hélice de ADN sufre nuevos plegamientos. Estos plegamientos dan lugar a un tercer nivel estructural.
Estructura terciaria
La estructura terciaria es necesaria porque las cadenas de ADN deben acoplarse en un reducido espacio del interior de la célula. La actividad del ADN depende mucho de cuánto de empaquetada esté la molécula.
En células procariotas (bacterias), mitocondrias y plastos, el ADN es bicatenario circular desnudo. No está asociado a proteínas. Se pliega como una superhélice.
En las células eucariotas, el ADN se asocia con proteínas básicas. Esto lo hace de dos formas:
- Collar de perlas (ADN + histonas), en células en interfase (cromatina).
- Estructura cristalina (ADN + protaminas). Se da un mayor grado de empaquetamiento. Las protaminas son más pequeñas, y además hay una mayor atracción por el ADN. Por ejemplo, en el núcleo del espermatozoide, favoreciendo su movilidad.
Estructura cuaternaria
En este último nivel estructural, la estructura terciaria se repliega más sobre sí mismo y origina los cromosomas. Los cromosomas se pueden visualizar cuando la célula se está dividiendo.
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