La estructura del ADN

En la década de 1950, Francis Crick y James Watson trabajaron juntos en la Universidad de Cambridge, Inglaterra, para determinar la estructura del ADN. Otros científicos, como Linus Pauling y Maurice Wilkins, también exploraron activamente este campo. Pauling había descubierto la estructura secundaria de las proteínas mediante cristalografía de rayos X. La cristalografía de rayos X es un método para investigar la estructura molecular observando los patrones formados por los rayos X disparados a través de un cristal de la sustancia. Los patrones dan información importante sobre la estructura de la molécula de interés. En el laboratorio de Wilkins, la investigadora Rosalind Franklin estaba usando la cristalografía de rayos X para comprender la estructura del ADN. Watson y Crick pudieron armar el rompecabezas de la molécula de ADN utilizando los datos de Franklin. Watson y Crick también tenían información clave disponible de otros investigadores, como las reglas de Chargaff. Chargaff había demostrado que de los cuatro tipos de monómeros (nucleótidos) presentes en una molécula de ADN, dos tipos siempre estaban presentes en cantidades iguales y los dos tipos restantes también siempre estaban presentes en cantidades iguales. Esto significaba que siempre estaban emparejados de alguna manera. En 1962, James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins recibieron el Premio Nobel de Medicina por su trabajo en la determinación de la estructura del ADN.

Los científicos pioneros (a) James Watson y Francis Crick se muestran aquí con el genetista estadounidense Maclyn McCarty. El científico Rosalind Franklin descubrió (b) el patrón de difracción de rayos X del ADN, que ayudó a dilucidar su estructura de doble hélice.

Ahora consideremos la estructura de los dos tipos de ácidos nucleicos, el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Los componentes básicos del ADN son los nucleótidos, que se componen de tres partes: una desoxirribosa (azúcar de 5 carbonos), un grupo fosfato y una base nitrogenada. Hay cuatro tipos de bases nitrogenadas en el ADN. La adenina (A) y la guanina (G) son purinas de doble anillo, y la citosina (C) y la timina (T) son pirimidinas de un solo anillo más pequeñas. El nucleótido se nombra de acuerdo con la base nitrogenada que contiene.

(a) Cada nucleótido de ADN está compuesto de un azúcar, un grupo fosfato y una base. (b) La citosina y la timina son pirimidinas. La guanina y la adenina son purinas.

El grupo fosfato de un nucleótido se une covalentemente con la molécula de azúcar del siguiente nucleótido, y así sucesivamente, formando un polímero largo de monómeros de nucleótidos. Los grupos azúcar-fosfato se alinean en una "columna vertebral" para cada cadena de ADN, y las bases de nucleótidos sobresalen de esta columna vertebral. Los átomos de carbono del azúcar de cinco carbonos se numeran en sentido horario desde el oxígeno como 1 ', 2', 3 ', 4' y 5 '(1' se lee como “un primo”). El grupo fosfato está unido al carbono 5 'de un nucleótido y al carbono 3' del siguiente nucleótido. En su estado natural, cada molécula de ADN está compuesta de dos cadenas individuales unidas a lo largo de su longitud con enlaces de hidrógeno entre las bases.

Watson y Crick propusieron que el ADN está formado por dos hebras que se entrelazan para formar una hélice derecha, llamada doble hélice. El emparejamiento de bases tiene lugar entre una purina y una pirimidina: a saber, los pares A con T y G con C. En otras palabras, la adenina y la timina son pares de bases complementarias, y la citosina y la guanina también son pares de bases complementarias. Esta es la base de la regla de Chargaff; Debido a su complementariedad, hay tanta adenina como timina en una molécula de ADN y tanta guanina como citosina. La adenina y la timina están conectadas por dos enlaces de hidrógeno, y la citosina y la guanina están conectadas por tres enlaces de hidrógeno. Los dos hilos son de naturaleza antiparalela; es decir, una cadena tendrá el carbono 3 'del azúcar en la posición "hacia arriba", mientras que la otra cadena tendrá el carbono 5' en la posición hacia arriba. El diámetro de la doble hélice de ADN es uniforme en todo momento porque una purina (dos anillos) siempre se empareja con una pirimidina (un anillo) y sus longitudes combinadas son siempre iguales.

El ADN (a) forma una hélice bicatenaria y (b) pares de adenina con timina y pares de citosina con guanina.

La estructura del ARN

Hay un segundo ácido nucleico en todas las células llamado ácido ribonucleico o ARN. Al igual que el ADN, el ARN es un polímero de nucleótidos. Cada uno de los nucleótidos en el ARN está formado por una base nitrogenada, un azúcar de cinco carbonos y un grupo fosfato. En el caso del ARN, el azúcar de cinco carbonos es ribosa, no desoxirribosa. La ribosa tiene un grupo hidroxilo en el carbono 2 ', a diferencia de la desoxirribosa, que solo tiene un átomo de hidrógeno.

La diferencia entre la ribosa encontrada en el ARN y la desoxirribosa encontrada en el ADN es que la ribosa tiene un grupo hidroxilo en el carbono 2 '.

Los nucleótidos de ARN contienen las bases nitrogenadas adenina, citosina y guanina. Sin embargo, no contienen timina, que en su lugar se reemplaza por uracilo, simbolizado por una "U". El ARN existe como una molécula monocatenaria en lugar de una hélice bicatenaria. Los biólogos moleculares han nombrado varios tipos de ARN en función de su función. Estos incluyen ARN mensajero (ARNm), ARN de transferencia (ARNt) y ARN ribosómico (ARNr), moléculas que participan en la producción de proteínas a partir del código de ADN.

Cómo se organiza el ADN en la célula

El ADN es una molécula de trabajo; debe replicarse cuando una célula está lista para dividirse, y debe "leerse" para producir las moléculas, como las proteínas, para llevar a cabo las funciones de la célula. Por esta razón, el ADN está protegido y empaquetado de maneras muy específicas. Además, las moléculas de ADN pueden ser muy largas. Estiradas de extremo a extremo, las moléculas de ADN en una sola célula humana llegarían a una longitud de aproximadamente 2 metros. Por lo tanto, el ADN de una célula debe empaquetarse de una manera muy ordenada para ajustarse y funcionar dentro de una estructura (la célula) que no es visible a simple vista. Los cromosomas de los procariotas son mucho más simples que los de los eucariotas en muchas de sus características. La mayoría de los procariotas contienen un solo cromosoma circular que se encuentra en un área del citoplasma llamada nucleoide.

Un eucariota contiene un núcleo bien definido, mientras que en los procariotas, el cromosoma se encuentra en el citoplasma en un área llamada nucleoide.

El tamaño del genoma en uno de los procariotas mejor estudiados, Escherichia coli, es de 4,6 millones de pares de bases, que se extenderían una distancia de aproximadamente 1,6 mm si se estiraran. Entonces, ¿cómo encaja esto dentro de una pequeña célula bacteriana? El ADN está torcido más allá de la doble hélice en lo que se conoce como superenrollamiento. Se sabe que algunas proteínas están involucradas en el superenrollamiento; otras proteínas y enzimas ayudan a mantener la estructura superenrollada.

Los eucariotas, cuyos cromosomas consisten en una molécula de ADN lineal, emplean un tipo diferente de estrategia de empaquetamiento para ajustar su ADN dentro del núcleo. En el nivel más básico, el ADN se envuelve alrededor de proteínas conocidas como histonas para formar estructuras llamadas nucleosomas. El ADN está envuelto firmemente alrededor del núcleo de la histona. Este nucleosoma está unido al siguiente por una cadena corta de ADN que está libre de histonas. Esto también se conoce como la estructura de "cuentas en una cuerda"; los nucleosomas son las "cuentas" y las pequeñas longitudes de ADN entre ellos son la "cadena". Los nucleosomas, con su ADN enrollado alrededor de ellos, se apilan unos sobre otros para formar una fibra de 30 nm de ancho. Esta fibra se enrolla en una estructura más gruesa y compacta. En la etapa de metafase de la mitosis, cuando los cromosomas están alineados en el centro de la célula, los cromosomas están más compactados. Tienen aproximadamente 700 nm de ancho y se encuentran en asociación con proteínas de armazón.

En la interfase, la fase del ciclo celular entre las mitosis en las que los cromosomas se descondensan, los cromosomas eucariotas tienen dos regiones distintas que se pueden distinguir por tinción. Hay una región muy compacta que se tiñe de color oscuro y una región menos densa. Las regiones de tinción oscura generalmente contienen genes que no son activos, y se encuentran en las regiones del centrómero y los telómeros. Las regiones ligeramente teñidas generalmente contienen genes que son activos, con ADN empaquetado alrededor de nucleosomas pero no más compactado.

Estas figuras ilustran la compactación del cromosoma eucariota.

¿Te sirvió el contenido del tema? ¿tienes alguna duda o sugerencia? 

Puedes escribir un comentario en la parte de abajo y nosotros con gusto te responderemos. Esperemos que tengas un lindo día. ¡Mucho éxito en tus estudios!