El ADN (ácido desoxirribonucleico) es la información genética que se encuentra en los núcleos de la mayoría de los organismos. Está organizado en estructuras llamadas cromosomas. La estructura del ADN fue identificada por primera vez como una estructura de doble hélice por Watson y Crick en 1953. El ADN se compone de 4 bases: las purinas, adenina (A) y guanina (G) y pirimidinas ,timina (T) y citosina (C). Estos forman pares de bases complementarias de A-T Y G-C., El ADN también contiene un grupo fosfato conectado a un azúcar desoxirribosa. El grupo fosfato se une al azúcar a través de un enlace fosfodiéster. Los humanos tienen 99.5% de similitudes con otros humanos en su ADN.
estructura del ADN
El ADN (ácido desoxirribonucleico) es una cadena de monómeros (unidades repetitivas) llamados «nucleótidos». Un nucleótido consiste en: un azúcar de desoxirribosa de 2` (una pentosa de cinco carbonos similar a la del azúcar de ribosa que se encuentra en el ARN., Su fórmula química es C5H10O4), un grupo fosfato (que forma un enlace fosfodiéster: conectando 2 azúcares desoxirribosa) y una base nitrogenada (una de A (adenina), C ( citosina), G ( guanina) o T (timina), que forma una cadena lateral ramificada del carbono 1′ del azúcar desoxirribosa 2`).
la región del grupo azúcar/fosfato de desoxirribosa es considerada como la «columna vertebral» de las hebras de ADN debido a su propósito estructural y la secuencia de bases lleva la información gentica. Para producir una estructura de ADN de doble cadena, se producen interacciones entre bases complementarias., Los pares de bases complementarias en el ADN interactúan entre sí a través de enlaces de hidrógeno: las interacciones A-T consisten en 2 enlaces de hidrógeno intermoleculares, mientras que las interacciones G-C consisten en 3 enlaces de hidrógeno intermoleculares. Entre estas bases hay interacciones hidrofóbicas conocidas como fuerzas de Van der Waal. Estas interacciones forman puentes entre dos cadenas de ADN, creando así una estructura en forma de «escalera» de doble cadena. Cada hebra actúa como una plantilla para la otra en la replicación del ADN., El ADN se copia en ARNm (ARN mensajero) que lleva la información de la cadena original de la plantilla de ADN para participar en la síntesis de proteínas. El proceso de ADN que se copia en ARNm se denomina transcripción. El ARNm transcrito es luego traducido a un polipéptido en un proceso llamado traducción por ARNt.
en la doble hélice de ADN, las hebras de la columna vertebral están más juntas en un lado de la hélice que en el otro. Esto conduce a la formación de surcos mayores y menores., El surco mayor es mucho más ancho que el surco menor y esto significa que las interacciones específicas de ADN-proteína pueden tener lugar en el surco mayor debido a que la columna vertebral no está en el camino. Los nucleótidos específicos que se enfrentan en el surco principal son los grupos n7 y C6 de purinas y los grupos C4 y C5 de pirimidinas, que aceptan iones de hidrógeno de los aminoácidos en la proteína para formar enlaces de hidrógeno.
debido a la estructura doble helicoidal del ADN, las bases nitrogenadas se encuentran en el interior de la estructura, formando un interior hidrofóbico., La carga negativa de los grupos fosfato da a la columna vertebral de azúcar-fosfato del ADN una carga negativa, que repele los nucleófilos, incluyendo el agua. Esto hace que el ADN sea menos vulnerable al ataque nucleofílico, por lo que el ADN se considera una molécula muy estable. El ADN es mucho más estable que el ARN, ya que el ARN es de una sola cadena: las bases nitrogenadas quedan expuestas al ataque de nucleófilos en un lado.
en 1953, a pesar de muchas otras teorías, James Watson y Francis Crick descubrieron que la verdadera estructura de una molécula de ADN de doble cadena era una ‘doble hélice’., Esto se resolvió como resultado de los modelos «stick-and-ball» que crearon, junto con la utilización del trabajo de sus colegas científicos Rosalind Franklin y Maurice Wilkins en la cristalografía de rayos X. Las fotografías de difracción de rayos X obtenidas de fibras de ADN, mostraban una forma de X única, que ilustra una estructura helicoidal, aunque indicaban una estructura repetitiva de 3.4 Å por vuelta de la hélice, cada base se gira 36 grados desde la siguiente. El diámetro de la hélice es de 23,7 Å., Encontraron que la columna vertebral de azúcar-fosfato estaba en el exterior y las bases están ubicadas en el interior de la hélice.
la información anterior describe la forma B del ADN. El ADN también se encuentra en las formas A Y Z. Cuando el ADN se deshidrata, se puede observar la forma A. También es diestro, pero hay 11 bases por turno y la hélice es más amplia. El diámetro es de 25,5 Å. Otra diferencia es que la inclinación de los pares de bases aumenta en 18o, a 19o desde perpendicular al eje de la hélice.
la forma Z difiere mucho más ya que es una doble hélice zurda., Esta forma rara vez se ve sin la ayuda de altas concentraciones de sal. Los enlaces están zigzagueados ya que los enlaces alternan anti y syn (mientras que las formas a y B son anti solamente). La forma Z es más estrecha, con un diámetro de solo 18,4 Å, pero hay un aumento de 3,8 Å por par de bases. Se cree que las transiciones entre las formas B Y Z del ADN pueden estar involucradas en la regulación de la regulación génica.
El ADN-B se ve más comúnmente en todas las formas de vida, sin embargo, las estructuras A-helicoidales y z-helicoidales coexsisten en las células; es decir., es muy común observar una molécula de ADN-B y ADN-Z , en una confirmación predominantemente de ADN-B.
el ADN del Muntjac indio, que es un ciervo Asiático, tiene la longitud más larga (aproximadamente 3 mil millones de nucleótidos) entre todas las moléculas de ADN conocidas de otros organismos.
El ADN está cargado negativamente debido a los iones de fosfato cargados negativley en la columna vertebral de azúcar-fosfato. Por lo tanto, se puede utilizar para la electroforesis en gel para identificar diferentes longitudes de ADN., La carga negativa de la columna vertebral, junto con los grupos OH en el azúcar de desoxirribosa, significa que la columna vertebral es hidrofílica ya que el agua puede formar enlaces de hidrógeno con ella. El Centro de la molécula de ADN es hidrofóbico debido a la falta de carga en las bases de ADN. El exterior hidrofílico y el interior hidrofóbico de la molécula de ADN significa que es soluble en agua.
replicación
la naturaleza de doble cadena del ADN es importante para el método de» replicación semi-conservadora » de replicación del ADN., En este proceso, la enzima ADN helicasa desenrolla la doble hélice rompiendo los enlaces de hidrógeno entre las bases complementarias en cada hebra revelando las 2 hebras separadas. En estas hebras están las bases reveladas, que atraen bases complementarias en nucleótidos libres. Los nucleótidos libres están unidos por una enzima ADN polimerasa. El trifosfato de desoxirribonucleótido (dNTPs) se agrega al grupo hidroxilo 3′ en la cadena creciente a través del grupo trifosfato 5′ en el dNTP entrante en una reacción de esterificación., La Unión de nucleótidos forma una nueva hebra de ADN que es idéntica a la otra hebra doble de ADN, ya que utiliza una de las hebras originales como plantilla para la replicación. Cada hebra doble hija de ADN se compone de una hebra madre y una hebra recién sythesised.
aunque ambas hebras en la molécula de ADN parental se copian para formar productos idénticos, las dos hebras se copian de una manera ligeramente diferente entre sí. Esto se debe al hecho de que el ADN siempre se sintetiza en una dirección de 5′ a 3′., La Cadena 3′ a 5′, conocida como la cadena principal, es copiada continuamente por la ADN polimerasa. La otra hebra se llama la hebra rezagada, ya que se replica más lentamente. Para replicar la hebra rezagada, los cebadores de ARN se colocan en varios puntos a lo largo de la hebra rezagada por una enzima llamada primasa. Los huecos en la hebra rezagada entre los cebadores de ARN son replicados por la ADN polimerasa, y los fragmentos cortos de ADN replicado son conocidos como fragmentos de Okazaki. Sin embargo, para completar la replicación de la hebra rezagada, los cebadores de ARN deben ser reemplazados por secuencias de ADN., Otra polimerasa de ADN elimina los cebadores de ARN y sintetiza fragmentos de ADN para reemplazarlos. Los fragmentos de Okazaki y los reemplazos de la cartilla del ARN todavía no están unidos, así que la ligasa de la DNA viene en un ligates todos los fragmentos de DNA juntos.
la teoría de la replicación semi-conservadora fue probada para ser correcta por el experimento de Messelson-Stahl. En este experimento, E. coli se cultivó en un medio que contiene 15-N durante varias generaciones. Las bacterias se transfirieron a un medio que contenía 14-N. después de un ciclo de replicación, se extrajo ADN de las bacterias y se centrifugó., La centrifugación separó el ADN por densidad, produciendo una banda de densidad wita h entre la del ADN 15-N Y LA DEL ADN 14-N. Esto mostró que una hebra provino del Padre (15-N) y una hebra fue sintetizada recientemente a partir de nucleótidos libres (14-N).