{"id":9584,"date":"2021-01-05T23:23:20","date_gmt":"2021-01-06T04:23:20","guid":{"rendered":"https:\/\/nebula.org\/blog\/acido-adn-desoxirribonucleico\/"},"modified":"2021-02-20T20:20:36","modified_gmt":"2021-02-21T01:20:36","slug":"acido-adn-desoxirribonucleico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/nebula.org\/blog\/es\/acido-adn-desoxirribonucleico\/","title":{"rendered":"ADN (\u00e1cido desoxirribonucleico): el modelo universal de la vida"},"content":{"rendered":"\n

Introducci\u00f3n al ADN<\/h2>\n\n

El \u00e1cido desoxirribonucleico es un \u00e1cido nucleico que es un polinucle\u00f3tido compuesto por una cadena de muchos nucle\u00f3tidos. La biomol\u00e9cula ubicada en los cromosomas es portadora de informaci\u00f3n gen\u00e9tica en todos los organismos vivos y en muchos virus (virus de ADN, pararetrovirus), es decir, la base material de los genes. <\/p>\n\n

En estado normal, el ADN se construye en forma de doble h\u00e9lice. Sus componentes b\u00e1sicos son cuatro nucle\u00f3tidos diferentes, cada uno de los cuales consta de un residuo de fosfato, el az\u00facar desoxirribosa y una de las cuatro bases org\u00e1nicas (adenina, timina, guanina y citosina, a menudo abreviadas como A, T, G y C).<\/p>\n\n

Los genes del ADN contienen la informaci\u00f3n para la producci\u00f3n de \u00e1cidos ribonucleicos. En los genes que codifican prote\u00ednas, este es un grupo de ARN importante, el ARNm. A su vez, contiene la informaci\u00f3n para la construcci\u00f3n de prote\u00ednas, que son necesarias para el desarrollo biol\u00f3gico de un ser vivo y el metabolismo en la c\u00e9lula. La secuencia de bases aqu\u00ed determina la secuencia de amino\u00e1cidos de la prote\u00edna respectiva: el c\u00f3digo gen\u00e9tico codifica un amino\u00e1cido espec\u00edfico con tres bases adyacentes cada uno.<\/p>\n\n

En las c\u00e9lulas de eucariotas, que tambi\u00e9n incluyen plantas, animales y hongos, la mayor parte del ADN del n\u00facleo celular (n\u00facleo latino, por lo tanto ADN nuclear o ADNn) est\u00e1 organizado como cromosomas. Una peque\u00f1a parte se encuentra en las mitocondrias, las \u00abcentrales el\u00e9ctricas\u00bb de las c\u00e9lulas, por lo que se denomina ADN mitocondrial (ADNmt). Las plantas y las algas tambi\u00e9n tienen ADN en org\u00e1nulos fotosint\u00e9ticos, los cloroplastos o plastidios (cpDNA). En bacterias y arqueas, los procariotas que no tienen n\u00facleo celular, el ADN se encuentra en el citoplasma. Algunos virus, los denominados virus de ARN, almacenan su informaci\u00f3n gen\u00e9tica en ARN en lugar de en ADN.<\/p>\n\n

\"Estructura
Estructura del ADN. La estructura tridimensional del ADN es la de una escalera retorcida.<\/figcaption><\/figure>\n\n
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Editado por Christina Swords, Ph.D.<\/em><\/p>\n\n

Estructura y organizaci\u00f3n del ADN<\/h2>\n\n

Bloques de construcci\u00f3n<\/h3>\n\n

El \u00e1cido desoxirribonucleico es una mol\u00e9cula de cadena larga (pol\u00edmero) formada por muchos componentes b\u00e1sicos llamados desoxirribonucle\u00f3tidos o nucle\u00f3tidos para abreviar. Cada nucle\u00f3tido tiene tres componentes: \u00e1cido fosf\u00f3rico o fosfato, el az\u00facar desoxirribosa y una base o nucleobase heteroc\u00edclica. Las subunidades de desoxirribosa y \u00e1cido fosf\u00f3rico son las mismas para cada nucle\u00f3tido. Forman la columna vertebral de la mol\u00e9cula. Las unidades de base y az\u00facar (sin fosfato) se denominan nucle\u00f3sidos.<\/p>\n\n

Los residuos de fosfato son hidr\u00f3filos debido a su carga negativa; dan al ADN en soluci\u00f3n acuosa una carga negativa total. Dado que este ADN cargado negativamente disuelto en agua no puede emitir m\u00e1s protones, estrictamente hablando no es (ya no) un \u00e1cido. El t\u00e9rmino \u00e1cido desoxirribonucleico se refiere a un estado sin carga en el que los protones se unen a los residuos de fosfato.<\/p>\n\n

La base puede ser una purina, a saber, adenina (A) o guanina (G), o una pirimidina, a saber, timina (T) o citosina (C). Dado que los cuatro nucle\u00f3tidos diferentes difieren solo en su base, las abreviaturas A, G, T y C tambi\u00e9n se usan para los nucle\u00f3tidos correspondientes.<\/p>\n\n

Los cinco \u00e1tomos de carbono de una desoxirribosa est\u00e1n numerados del 1 ‘al 5’. La base est\u00e1 unida al extremo 1 ‘de este az\u00facar. El residuo de fosfato se une al extremo 5 ‘. Estrictamente hablando, la desoxirribosa es 2-desoxirribosa; el nombre proviene del hecho de que, en comparaci\u00f3n con una mol\u00e9cula de ribosa, falta un grupo hidroxi alcoh\u00f3lico (grupo OH) en la posici\u00f3n 2 ‘(es decir, ha sido reemplazado por un \u00e1tomo de hidr\u00f3geno).<\/p>\n\n

En la posici\u00f3n 3 ‘hay un grupo OH que une la desoxirribosa al \u00e1tomo de carbono 5’ del az\u00facar del siguiente nucle\u00f3tido a trav\u00e9s de un enlace llamado fosfodi\u00e9ster. As\u00ed, cada una de las denominadas hebras simples tiene dos extremos diferentes: un extremo de 5 ‘y un extremo de 3’. Las ADN polimerasas que sintetizan cadenas de ADN en el mundo viviente solo pueden unir nuevos nucle\u00f3tidos al grupo OH en el extremo 3 ‘, pero no en el extremo 5’. Por lo tanto, la hebra \u00fanica siempre crece de 5 ‘a 3’. Se suministra un nucle\u00f3sido trifosfato (con tres residuos de fosfato) como un nuevo bloque de construcci\u00f3n, del que se separan dos fosfatos en forma de pirofosfato. El residuo de fosfato restante de cada nucle\u00f3tido reci\u00e9n agregado se conecta al grupo OH en el extremo 3 ‘del \u00faltimo nucle\u00f3tido presente en la hebra separando el agua. La secuencia de bases de la cadena codifica la informaci\u00f3n gen\u00e9tica.<\/p>\n\n

La doble h\u00e9lice<\/h3>\n\n

El ADN normalmente se presenta como una doble h\u00e9lice helicoidal en una conformaci\u00f3n llamada B-ADN. Dos de los hilos simples descritos anteriormente est\u00e1n unidos entre s\u00ed en direcciones opuestas: en cada extremo de la doble h\u00e9lice, uno de los dos hilos simples tiene su extremo 3 ‘y el otro su extremo 5’. Debido a la yuxtaposici\u00f3n, dos bases espec\u00edficas siempre est\u00e1n opuestas entre s\u00ed en el medio de la doble h\u00e9lice, est\u00e1n \u00abemparejadas\u00bb. La doble h\u00e9lice se estabiliza principalmente apilando interacciones entre bases sucesivas de la misma hebra (y no, como se afirma a menudo, por enlaces de hidr\u00f3geno entre las hebras).<\/p>\n\n

La adenina y la timina siempre est\u00e1n emparejadas, formando dos enlaces de hidr\u00f3geno, o citosina con guanina, que est\u00e1n conectados por tres enlaces de hidr\u00f3geno. Se forma un puente entre las posiciones moleculares 1\u25501 y 6\u25506 y, en el caso de emparejamientos guanina-citosina, adicionalmente entre 2\u25502. Dado que las mismas bases siempre est\u00e1n emparejadas, la secuencia de las bases en una hebra puede usarse para derivar las de la otra hebra, las secuencias son complementarias. Los enlaces de hidr\u00f3geno son casi exclusivamente responsables de la especificidad del emparejamiento, pero no de la estabilidad de la doble h\u00e9lice.<\/p>\n\n

Dado que una purina siempre se combina con una pirimidina, la distancia entre las hebras es la misma en todas partes, se forma una estructura regular. Toda la h\u00e9lice tiene un di\u00e1metro de aproximadamente 2 nm y se enrolla m\u00e1s en 0,34 nm con cada mol\u00e9cula de az\u00facar.<\/p>\n\n

Los planos de las mol\u00e9culas de az\u00facar forman un \u00e1ngulo de 36 \u00b0 entre s\u00ed, por lo que se logra una rotaci\u00f3n completa despu\u00e9s de 10 bases (360 \u00b0) y 3,4 nm. Las mol\u00e9culas de ADN pueden volverse muy grandes. Por ejemplo, el cromosoma humano m\u00e1s grande contiene 247 millones de pares de bases.<\/p>\n\n

Cuando las dos hebras individuales se retuercen juntas, quedan huecos laterales, de modo que las bases aqu\u00ed est\u00e1n directamente en la superficie. Hay dos de estos surcos que se enrollan alrededor de la doble h\u00e9lice (consulte las ilustraciones y la animaci\u00f3n al principio del art\u00edculo). El \u00absurco grande\u00bb tiene 2,2 nm de ancho, el \u00absurco peque\u00f1o\u00bb s\u00f3lo 1,2 nm.<\/p>\n\n

En consecuencia, las bases en el surco grande son m\u00e1s accesibles. Por lo tanto, las prote\u00ednas que se unen al ADN de una manera espec\u00edfica de secuencia, como los factores de transcripci\u00f3n, generalmente se unen al surco grande.<\/p>\n\n

Algunos tintes de ADN, por ejemplo DAPI, tambi\u00e9n se unen a un surco.<\/p>\n\n

La energ\u00eda de enlace acumulativa entre los dos hilos individuales los mantiene unidos. Los enlaces covalentes no est\u00e1n presentes aqu\u00ed, lo que significa que la doble h\u00e9lice del ADN no consta de una mol\u00e9cula, sino dos. Esto permite que las dos hebras se separen temporalmente en procesos biol\u00f3gicos.<\/p>\n\n

Adem\u00e1s del B-DNA que se acaba de describir, tambi\u00e9n hay A-DNA y un Z-DNA zurdo, que fue estudiado por primera vez en 1979 por Alexander Rich y sus colegas del MIT. Esto ocurre particularmente en secciones ricas en GC. No fue hasta 2005 que se inform\u00f3 de una estructura cristalina que muestra Z-DNA directamente en un compuesto con B-DNA y, por lo tanto, proporciona evidencia de la actividad biol\u00f3gica de Z-DNA. La siguiente tabla y la figura adyacente muestran las diferencias entre las tres formas en comparaci\u00f3n directa.<\/p>\n\n

Los apilamientos de la base no son exactamente paralelos entre s\u00ed como los libros, sino que forman cu\u00f1as que inclinan la h\u00e9lice en una direcci\u00f3n u otra. La cu\u00f1a m\u00e1s grande est\u00e1 formada por adenosinas emparejadas con timidinas de la otra hebra. En consecuencia, una serie de pares AT forma un arco en la h\u00e9lice. Cuando tales series se suceden a intervalos cortos, la mol\u00e9cula de ADN asume una estructura curva o doblada, que es estable. Esto tambi\u00e9n se denomina difracci\u00f3n inducida por secuencia, ya que la difracci\u00f3n tambi\u00e9n puede ser inducida por prote\u00ednas (la denominada difracci\u00f3n inducida por prote\u00ednas). La difracci\u00f3n inducida por secuencia se encuentra a menudo en lugares importantes del genoma.<\/p>\n\n

Cromatina y cromosomas<\/h3>\n\n

Cromosomas humanos en la metafase tard\u00eda de la divisi\u00f3n del n\u00facleo de la c\u00e9lula mit\u00f3tica: cada cromosoma muestra dos crom\u00e1tidas, que se separan en la anafase y se dividen en dos n\u00facleos celulares.<\/p>\n\n

En la c\u00e9lula eucariota, el ADN est\u00e1 organizado en forma de hilos de cromatina, llamados cromosomas, que se encuentran en el n\u00facleo celular. Un solo cromosoma contiene una doble cadena de ADN larga y continua (en una crom\u00e1tida) desde la anafase hasta el comienzo de la fase S. Al final de la fase S, el cromosoma consta de dos cadenas de ADN id\u00e9nticas (en dos crom\u00e1tidas).<\/p>\n\n

Dado que tal hilo de ADN puede tener varios cent\u00edmetros de largo, pero el n\u00facleo de una c\u00e9lula tiene s\u00f3lo unos pocos micr\u00f3metros de di\u00e1metro, el ADN debe comprimirse o \u00abempaquetarse\u00bb adicionalmente. En eucariotas, esto se hace con las llamadas prote\u00ednas cromat\u00ednicas, de las que destacan especialmente las histonas b\u00e1sicas. Forman los nucleosomas alrededor de los cuales se envuelve el ADN en el nivel de empaque m\u00e1s bajo. Durante la divisi\u00f3n nuclear (mitosis), cada cromosoma se condensa a su forma m\u00e1xima compacta. Esto permite identificarlos particularmente bien bajo el microscopio \u00f3ptico durante la metafase.<\/p>\n\n

\"\"\/
Ubicaci\u00f3n del ADN en la c\u00e9lula.<\/figcaption><\/figure>\n\n

ADN bacteriano y viral<\/h3>\n\n

En las c\u00e9lulas procariotas, la mayor\u00eda del ADN de doble hebra en los casos documentados hasta ahora no est\u00e1 presente como hebras lineales con un comienzo y un final cada una, sino como mol\u00e9culas circulares – cada mol\u00e9cula (es decir, cada hebra de ADN) cierra un c\u00edrculo con sus 3 ‘y 5’ final. Estas dos mol\u00e9culas de ADN circulares y cerradas se denominan cromosoma bacteriano o pl\u00e1smido, seg\u00fan la longitud de la secuencia. En las bacterias, tampoco se encuentran en un n\u00facleo celular, sino que est\u00e1n presentes libremente en el plasma. El ADN procari\u00f3tico se enrolla en simples \u00absuperenrollamientos\u00bb con la ayuda de enzimas (por ejemplo, topoisomerasas y girasas), que se asemejan a un cable telef\u00f3nico anillado. Al seguir girando las h\u00e9lices alrededor de s\u00ed mismas, se reduce el espacio requerido para la informaci\u00f3n gen\u00e9tica. En las bacterias, las topoisomerasas aseguran que la doble hebra trenzada sea arrancada en un lugar deseado cortando y reuniendo constantemente el ADN (requisito previo para la transcripci\u00f3n y replicaci\u00f3n del ADN). Dependiendo del tipo, los virus contienen ADN o ARN como informaci\u00f3n gen\u00e9tica. Tanto en los virus de ADN como en los de ARN, el \u00e1cido nucleico est\u00e1 protegido por una envoltura de prote\u00edna.<\/p>\n\n

Propiedades qu\u00edmicas y f\u00edsicas de la estructura de doble h\u00e9lice del ADN<\/h3>\n\n

A pH neutro, el ADN es una mol\u00e9cula cargada negativamente, y las cargas negativas se encuentran en los grupos fosfato en la columna vertebral de las hebras. Aunque dos de los tres grupos OH \u00e1cidos de los fosfatos est\u00e1n esterificados con las respectivas desoxirribosas vecinas, el tercero todav\u00eda est\u00e1 presente y libera un prot\u00f3n a pH neutro, lo que provoca la carga negativa. Esta propiedad se utiliza en la electroforesis en gel de agarosa para separar diferentes hebras de ADN seg\u00fan su longitud. Algunas propiedades f\u00edsicas, como la energ\u00eda libre y el punto de fusi\u00f3n del ADN, est\u00e1n directamente relacionadas con el contenido de GC, es decir, dependen de la secuencia.<\/p>\n\n

Interacciones de la pila de ADN<\/h4>\n\n

Dos factores principales son responsables de la estabilidad de la doble h\u00e9lice: apareamiento de bases entre bases complementarias e interacciones de apilamiento entre bases consecutivas.<\/p>\n\n

Contrariamente a la suposici\u00f3n inicial, la ganancia de energ\u00eda a trav\u00e9s del enlace de hidr\u00f3geno es insignificante, ya que las bases pueden formar enlaces de hidr\u00f3geno igualmente buenos con el agua circundante. Los enlaces de hidr\u00f3geno de un par de bases GC contribuyen s\u00f3lo m\u00ednimamente a la estabilidad de la doble h\u00e9lice, mientras que los de un par de bases AT incluso tienen un efecto desestabilizador. Las interacciones de pila, por otro lado, solo tienen efecto en la doble h\u00e9lice entre los sucesivos pares de bases: entre los sistemas de anillos arom\u00e1ticos de las bases heteroc\u00edclicas, se forma una interacci\u00f3n dipolar inducida por dipolo, que es energ\u00e9ticamente favorable. As\u00ed, la formaci\u00f3n del primer par de bases es bastante desfavorable debido a la baja ganancia y p\u00e9rdida de energ\u00eda, pero el alargamiento (alargamiento) de la h\u00e9lice es energ\u00e9ticamente favorable, ya que el apilamiento de los pares de bases tiene lugar bajo ganancia de energ\u00eda.<\/p>\n\n

Sin embargo, las interacciones de apilamiento son dependientes de la secuencia y energ\u00e9ticamente m\u00e1s favorables para GC-GC apiladas, menos favorables para AT-AT apiladas. Las diferencias en las interacciones de apilamiento explican principalmente por qu\u00e9 las secciones de ADN ricas en GC son termodin\u00e1micamente m\u00e1s estables que las secciones ricas en AT, mientras que los enlaces de hidr\u00f3geno juegan un papel menor.<\/p>\n\n

Punto de fusi\u00f3n del ADN<\/h4>\n\n

El punto de fusi\u00f3n del ADN es la temperatura a la que se superan las fuerzas de uni\u00f3n entre las dos hebras simples y se separan entre s\u00ed. Esto tambi\u00e9n se llama desnaturalizaci\u00f3n.<\/p>\n\n

Siempre que el ADN se desnaturalice en una transici\u00f3n cooperativa (que tiene lugar en un rango de temperatura estrecho), el punto de fusi\u00f3n es la temperatura a la que la mitad de las hebras dobles se desnaturalizan en hebras simples. De esta definici\u00f3n se derivan los t\u00e9rminos correctos \u00abpunto medio de la temperatura de transici\u00f3n\u00bb Tm.<\/p>\n\n

El punto de fusi\u00f3n depende de la secuencia de bases respectiva en la h\u00e9lice. Aumenta si hay m\u00e1s pares de bases GC en la h\u00e9lice, ya que estos son entr\u00f3picamente m\u00e1s favorables que los pares de bases AT. Esto no se debe tanto al diferente n\u00famero de enlaces de hidr\u00f3geno formados por los dos pares, sino a las diferentes interacciones de apilamiento. La energ\u00eda de apilamiento de dos pares de bases es mucho menor si uno de los dos pares es un par de bases AT. Las pilas de GC, por otro lado, son energ\u00e9ticamente m\u00e1s favorables y estabilizan la doble h\u00e9lice con m\u00e1s fuerza. La relaci\u00f3n entre los pares de bases de GC y el n\u00famero total de todos los pares de bases viene dada por el contenido de GC.<\/p>\n\n

Dado que el ADN monocatenario absorbe la luz ultravioleta aproximadamente un 40 por ciento m\u00e1s fuertemente que el ADN bicatenario, la temperatura de transici\u00f3n se puede determinar f\u00e1cilmente en un fot\u00f3metro.<\/p>\n\n

Si la temperatura de la soluci\u00f3n cae por debajo de Tm, las hebras simples pueden reunirse entre s\u00ed. Este proceso se llama renaturalizaci\u00f3n o hibridaci\u00f3n. La interacci\u00f3n de la desnaturalizaci\u00f3n y la desnaturalizaci\u00f3n se explota en muchos procesos biotecnol\u00f3gicos, por ejemplo, en la reacci\u00f3n en cadena de la polimerasa (PCR), las transferencias Southern y la hibridaci\u00f3n in situ.<\/p>\n\n

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