El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es un ácido nucleico formado por la polimerización de nucleótidos, en los que la pentosa es la desoxirribosa, por lo que se denominan también desoxirribonucleótidos.
La unión de nucleótidos se establece mediante enlaces fosfodiéster entre el grupo –OH del carbono 5′ de un nucleótido y el –OH del carbono 3′ del nucleótido siguiente (enlace 5’→3′).
El ADN es el portador de la información genética en los seres vivos:
- Almacena la información genética para el desarrollo de cada ser vivo (genoma).
- Codifica la síntesis de proteínas de cada ser vivo (mecanismos de transcripción y traducción).
- Es capaz de hacer copias de sí mismo de manera que la información genética pueda transmitirse a la descendencia (mecanismo de replicación).
Estructura Primaria
De manera análoga a las proteínas, la estructura primaria es la secuencia de nucleótidos que constituyen el polinucleótido.
Una cadena de ADN se caracteriza por su tamaño, su composición y por el orden en el que los nucleótidos van enlazados. Los nucleótidos que forman parte del ADN son la adenina (A), la guanina (G), la citosina (C) y la timina (T) y se representan de manera abreviada a partir de sus iniciales.
Cada cadena de ADN presenta dos extremos libres: el 5′, unido a un grupo fosfato, y el 3′, unido a un hidroxilo.
Estructura secundaria
La estructura que presenta el ADN fue establecida por Watson y Crick en 1953 y se conoce como modelo de doble hélice, cuyas principales características son:
- La estructura del ADN es una doble hélice dextrógira formada por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor de un eje imaginario. Las bases nitrogenadas se sitúan en el interior de la cadena, enfrentadas entre sí en un plano perpendicular al eje de la molécula, a modo de peldaños de una escalera de caracol. Los grupos fosfatos y las pentosas se orientan hacia el exterior.
- Son dos cadenas antiparalelas, ya que sus orientaciones son opuestas, y plectonémicas, es decir, para separar las cadenas hay que desenrollarlas.
- Las cadenas de nucleótidos son complementarias, es decir, hay una correspondencia entre las bases nitrogenadas de ambas cadenas, de modo que cada base púrica siempre encaja en la doble hélice con su correspondiente base pirimidínica: cada adenina se une siempre a una timina, y cada citosina lo hace con un guanina.
Ley de Chargaff → A + G = T + C
- Las dos cadenas se mantienen unidas mediante puentes de hidrógeno: la adenina siempre se une a la timina a través de dos puentes de hidrógeno, mientras que la citosina y la guanina lo hacen a través de tres puentes de hidrógeno.
- La doble hélice tiene un diámetro de 2 nm. Entre cada par de bases hay una separación de 0’34 nm, y en cada vuelta hay 10 pares de bases, por lo que la longitud por vuelta de hélice es de 3’4 nm.
Aunque la doble hélice es su forma más común, en determinadas condiciones puede aparecer bajo otras estructuras diferentes.
Desnaturalización del ADN
A pesar de la gran estabilidad de la molécula de ADN en condiciones fisiológicas, en ciertas condiciones de temperatura (unos 100 ºC) y pH (por encima de 13) puede perder su estructura secundaria. Este proceso se denomina desnaturalización y supone la desaparición de las interacciones hidrofóbicas y la ruptura de los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las dos hebras, por lo cual éstas se separan y se arrollan individualmente al azar.
Se denomina temperatura de fusión (Tm) a aquella a la que el 50 % de la doble hélice ha perdido su estructura. Será mayor cuanto más numerosos sean los enlaces de hidrógeno que la sostienen, es decir, cuanto más pares de citosina y guanina existan en la molécula (pues entre ellos se establece un enlace más que entre la adenina y la timina).
La desnaturalización puede ser reversible en determinadas condiciones, y el proceso inverso de recuperación de la doble hélice se conoce como renaturalización o hibridación del ADN.
El ADN en las células eucariotas y procariotas
En las células procariotas encontramos el ADN en forma de cadenas circulares que constituyen el cromosoma bacteriano, encontrándose en algunos casos otras más pequeñas, denominadas plásmidos.
En las células eucariotas el ADN que aparece en el núcleo se presenta en forma de estructuras lineales de gran complejidad, asociado a unas proteínas básicas denominadas histonas, que permiten su compactación. El conjunto de todas las hebras de ADN recibe el nombre de cromatina y sólo durante el proceso de división celular se agrupan formando los cromosomas.
En las mitocondrias y cloroplastos de las células eucariotas también encontramos ADN, pero en esta ocasión forma un anillo similar al de las células procariotas.
Además, hay que mencionar que en aquellos virus en los que el material genético está compuesto por ADN, éste puede ser monocatenario o bicatenario, es decir, formado por una sola hebra o por dos. En ambos casos, puede presentarse en forma lineal o circular.
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