DNA: Estructura, Propiedades y Función Biológica

DNA (ADN) concepto:

Químicamente, son polinucleótidos constituidos por d-AMP, d-GMP, d-CMP y d-TMP. Los desoxirribonucleótidos que forman el DNA no contienen uracilo ni ribosa, como su nombre lo indica.

Características:

Las células tienen DNA de muy alto peso molecular, de millones de daltons. Por ejemplo, el genoma humano tiene 3x10⁹ pares de nucleótidos. Esto significa que se trata de moléculas de gran longitud: por ejemplo, el DNA del virus de la poliomielitis mide 1,7 µm de longitud y el de la célula humana, en conjunto con todos sus cromosomas, alcanza 2,36 m.

El DNA fue aislado en 1869 por Friedrich Miescher, pero hasta 1950 no se conoció su estructura. Está presente en el núcleo de las células eucariotas, asociado con proteínas (histonas y otras) para formar la cromatina, sustancia de la que están formados los cromosomas y a partir de la cual se transcribe la información genética. También existe DNA en orgánulos celulares (por ejemplo, plastidios y mitocondrias).

De la estructura del DNA

Se pueden distinguir 3 niveles estructurales:

• Estructura primaria: la secuencia de nucleótidos.
• Estructura secundaria: doble hélice.
• Estructura terciaria: ovillo de perlas, estructura cristalina del DNA superenrollado.

En las células eucariotas, a partir de la estructura terciaria, se establecen otros niveles de empaquetamiento de orden superior.

Estructura primaria del DNA

Es la secuencia de nucleótidos de una cadena o hebra de ADN. Es decir, la estructura primaria determinada por el orden de los nucleótidos en la cadena o molécula. Se indica la secuencia de la cadena de ADN con suficiente precisión mediante los nombres de las bases o iniciales (A, T, C, G), donde el orden correcto va de los extremos 5' y 3' de la cadena nucleotídica. Por ejemplo: 5'-ACGTTTAACGACAAGTATTAAGACAAGTATTAA-3'.

Es posible combinar 4 nucleótidos diferentes en cadenas de gran longitud, formando un número muy grande de secuencias polinucleotídicas posibles. Por eso, el DNA puede determinar el contenido del mensaje biológico o genético, y la diversidad que explica el mensaje genético de todos los seres vivos.

Modelo de Watson y Crick

1. El DNA está formado por 2 cadenas o hebras de polinucleótidos enrolladas helicoidalmente en sentido dextrógiro, formando una doble hélice.
2. Ambas cadenas son antiparalelas: una va en sentido 3'→5' y la otra en sentido inverso, 5'→3'.
3. Los grupos fosfato de su exterior tienen cargas negativas que interaccionan con los cationes presentes en el nucleoplasma, dando estabilidad a la molécula.
4. Las bases nitrogenadas del interior de la hélice interaccionan entre sí mediante enlaces de hidrógeno, y cada base de una cadena se empareja con otra de la cadena opuesta mediante puentes de hidrógeno.
5. El emparejamiento se realiza únicamente entre adenina y timina, por un lado, y guanina y citosina, por el otro.

Por lo tanto, la estructura primaria de una cadena de ADN queda determinada por la de la otra, es decir, las dos cadenas son complementarias. La complementariedad de las cadenas sugiere el mecanismo por el cual el DNA se copia a sí mismo: en la replicación, las dos hebras se separan parcialmente y cada una sirve de molde para la nueva síntesis de una cadena complementaria (síntesis semiconservativa).

Propiedades de la estructura secundaria del DNA: desnaturalización

Si el DNA se calienta a una temperatura suficientemente alta, ambas cadenas se separan, pues los enlaces de hidrógeno se rompen y el DNA se desnaturaliza. La desnaturalización depende de la proporción de bases: a mayor proporción de C-G, mayor temperatura de desnaturalización, pues la citosina y la guanina forman 3 puentes de hidrógeno, mientras que la adenina y la timina solo 2. Así, mayor proporción de C-G implica más puentes de hidrógeno que unirán las cadenas. La desnaturalización también varía según las concentraciones salinas. Si se restablecen las condiciones iniciales, el DNA y las dos cadenas se renaturalizan y vuelven a formar la doble hélice.

Estructura terciaria del DNA en células eucariotas

Las moléculas de DNA grandes de las células eucariotas se encuentran muy empaquetadas y ocupan poco espacio dentro de la célula, y además existe un mecanismo para preservar la transcripción. Como hemos visto, el DNA de las células eucariotas está asociado a proteínas nucleares específicas: nucleoproteínas, formando la cromatina.

En la cromatina, la doble hélice de DNA se enrolla alrededor de moléculas proteicas globulares, las histonas, formando nucleosomas. Cada nucleosoma contiene 8 histonas y la doble hélice de DNA da 2 vueltas alrededor de ellas (200 pares de bases). En conjunto, si todavía no está empaquetado, presenta una estructura en forma de ovillo de perlas, llamada collar de perlas.

Para empaquetarse aún más, los nucleosomas pueden formar fibras de 30 nm de grosor (fibra de 30 nm). Según el modelo, los nucleosomas se enrollan formando fibras, tomando como ejemplo una formada por 6 nucleosomas alrededor de una histona H1.

Tipos de DNA

Según su estructura, se distinguen los siguientes tipos de DNA:

• Monocatenarios: una sola cadena; por ejemplo, algunos virus.
• Bicatenarios: dos hebras o cadenas; la mayoría de los virus, las bacterias y los eucariotas.

A su vez, en ambos casos, el DNA puede ser:

• Lineal: como el de los cromosomas eucariotas y algunos virus eucariotas.
• Circular: como el de las mitocondrias, los cloroplastos, las bacterias y algunos virus.