T5 eje 1. ADN y cromosomas

ADN. (Ácido Desoxirribonucleico)

Definición y localización. Molécula polimérica compuesta de nucleótidos, que constituye el material genético. La información que contiene se expresa por la secuencia de nucleótidos. Estos pueden ser de cuatro tipos: Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) y Citosina (C). El ADN (Ácido Desoxiribo Nucleico) constituye el material genético de las células del cuerpo humano.  El ADN se encuentra exclusivamente en el núcleo de las células. En el genoma (conjunto integral y secuenciado del ADN) humano se estima que hay aproximadamente 50,000 ó más genes. Los genes son trozos funcionales de ADN compuestos a su vez de1,000 hasta 200,000 unidades c/u llamadas nucleótidos. 

Estructura.

 Los nucleótidos se encuentran organizados formando un par de cadenas apareadas que toman la forma tridimensional de un doble hélix. Hay más de (3,000'000,000) tres mil millones de pares de bases que constituyen el genoma de una sola célula humana. Se han observado tres tipos de estructuras en el ADN:

• Estructura B: Descubierta por Watson y Crick es la que está presente en condiciones biológicas, es decir, cuando en el medio celular hay agua.

• Estructura A: Se presenta únicamente cuando no hay agua.

• Estructura Z: Aparece cuando el ADN ya se ha expresado o que no se va a expresar nunca porque no tiene información.

La estructura primaria del ADN va a ser la secuencia de nucleótidos, el mensaje genético reside en dicha secuencia.

La estructura secundaria va a ser la doble- hélice, que va a constar de dos cadenas polinucleótidas que se enrollan en espiral formando una doble hélice, en donde los azúcares y restos ortofosfóricos se sitúan en la periferia de la cadena y las bases nitrogenadas dentro de la cadena y enfrentadas, existiendo dos puentes de hidrógeno entre A y T, y tres puentes de hidrógeno entre G y C. Las dos hebras no son iguales son complementarias y antiparalelas, es decir, el extremo de una es 3´y al final 5´, y en la otra 5´- 3´. Tienen un arrollamiento plectonímico, es decir, se enrollan alrededor de un hipotético eje longitudinal, y no se van a separar a menos que se produzca la desnaturalización.

La estructura terciaria. El ADN bacteriano adopta en ocasiones una disposición espacial sin el concurso de histonas, llamado ADN superenrollado. Debido a las tensiones que surgen cuando se varía en el número de vueltas de doble hélice.

• Estructura tipo B: Los planos de las bases nitrogenadas son perpendiculares al eje, además las hélices se enrollan según las agujas del reloj, dextrógila. Watson y Crick constituyeron un modelo de este tipo ya que conocían los tamaños atómicos de los distintos componentes del ADN, comprobando que cada 0, 34 nm se encontraban un par de bases y que la doble hélice daba un giro completo cada 3,4 nm siendo el diámetro de 2 nm. Existen así 10 pares de bases por cada vuelta de hélice.
 
• Estructura tipo A: Los planos de las bases son ligeramente oblicuos al eje longitudinal. La - hélice es dextrógila y hay un giro completo cada 2, 8 nm, en cada vuelta podemos encontrar 11 nucleótidos. Se forma por deshidratación de la estructura tipo B y se cree que es la estructura que presenta los ARN de doble cadena, los híbridos de ADN y ARN y las zonas con doble hélice de los ARNt y ARNr.

• Estructura tipo Z: Presenta una doble - hélice levógila, el giro completo se produce cada 4, 5 nm y contiene unos 12 residuos por vuelta. Por tanto, esta estructura es más alargada y delgada que las anteriores. El esqueleto de la hélice tiene un aspecto de zigzag, de ahí su nombre. Es común encontrar ésta estructura donde sus bases están metiladas, genes ya expresados o genes que no van a expresarse, por eso se asocia a la ausencia de actividad del ADN.

Las tres estructuras pueden encontrarse en una misma célula a la vez.

Composición. Cada nucleótido del ADN está compuesto de tres subunidades: una base nitrogenada, una desoxirribosa y un grupo fosfato. Hay cuatro tipo de bases nitrogenadas en los nucleótidos del ADN: timina (T), citosina (C), guanina (G) y adenina (A). Es importante resaltar que así como hay regiones con función conocida o supuesta (los genes), sucede que casi la mitad del ADN del genoma humano consiste de regiones (intrones) con función hasta hoy desconocida  y que tienen una secuencia de nucleótidos repetitiva en muchos casos pero con patrones hipervariables en muchas regiones del genoma. 

Es precisamente de la hipervariabilidad (polimorfismo) de estas regiones del ADN de lo que se aprovecha para detectar diferencias (o semejanzas) entre un ser humano y otro, estudiando su ADN. Las regiones repetitivas pueden presentarse como tandas repetitivas cortas o largas. A esto se le llama VNTRs (variable number of tandem repeats) entre los que están los STR (short tandem repeats), que son las regiones hipervariables que se estudian para las pruebas modernas de paternidad.

Replicación. Una de las mayores interrogantes de la teoría cromosómica era ¿cómo puede hacerse una copia exacta de cada cromosoma durante la división celular? El modelo de la doble hélice ofrece una respuesta sencilla. Los pares de bases que forman los "peldaños' del modelo se mantienen unidos por un tipo de enlace débil llamado "enlace de hidrógeno". Si estos enlaces se rompen, las dos hebras (bandas) de la molécula de ADN se pueden separar como las 2 mitades de una cremallera o cierre. Las bases a lo largo de cada banda estarán entonces expuestas como los dientes de una cremallera abierta. Si existen nucleótidos libres en el núcleo de la célula, sus bases podrán ser atraídas hacia las bases complementarias en cada banda expuesta. Ellas podrían entonces unirse para completar la banda complementaria exactamente como aquella que se separó. De esta manera las moléculas "hijas" son exactamente iguales a la molécula original de ADN. (Schraer y Stoltze, 1983).

Reproducción. Cuando una molécula del ADN se copia, sus escalones se dividen en dos partes. Cada A suelta su T y cada G suelta su C. Las barandillas laterales de la parte de la "cremallera de la molécula", y la escalera espiral se hacen dos espirales separados, cada uno con medio-escalón dividido y suelto. Debido a que la A solamente se une a la T, y la G solamente se une a la C, la secuencia de escalones rotos en cada una de estas medio moléculas es la imagen de espejo de la otra. De la sopa química que flota alrededor del reproductor de ADN, las letras no adheridas se unen a sus compañeras que aún se cuelgan de las barandillas laterales. Cuando este proceso se termina, se presentan las nuevas moléculas del ADN. Cada una es la gemela exacta de la molécula-padre.

Función.El ADN se puede considerar como un almacén cuyo contenido es la información (mensaje) necesaria para construir y sostener el organismo en el que reside, la cual se transmite de generación en generación. El conjunto de información que cumple esta función en un organismo dado se denomina genoma y el ADN que lo constituye, ADN genómico. La información genética almacenada en la secuencia de nucleótidos de ADN sirve para dos propósitos:

• Es la fuente de información para la síntesis de todas las moléculas de proteínas de la célula y el organismo.
• Provee la información heredada por las células hijas de la progenie.

 

Ambas funciones requieren que las células del ADN sirva como molde, en el primero de los casos para la transcripción de información al ARN y en el segundo, para la replicación de la información en las moléculas hijas de ADN.