El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es la macromolécula biológica que constituye el material genético de las células, albergando la información genética que la célula necesita para producir todas las proteínas que le son propias. De esta manera, de acuerdo a la información que esté contenida en el ADN, cada célula posee una identidad propia que puede ser heredada luego de la división celular por mitosis a las células hijas.
Estructura del ADN
El ADN está formado por la unión consecutiva de múltiples nucleótidos, que son los monómeros constituyentes. Cada nucleótido está formado por una azúcar pentosa (es decir, que tiene 5 carbonos), una base nitrogenada y un grupo fosfato. En el caso del ADN, el azúcar es una desoxirrobosa, y las bases nitrogenadas pueden ser pirimídicas (citosina y timina) o púricas (adenina y guanina).
Cada nucleótido se une al siguiente mediante enlaces fosfodiéster entre el grupo fosfato y los átomos 3’ y 5’ de los azúcares de los nucleótidos adyacentes. De esta manera, se forma una cadena de ADN en la que el primer nucleótido tiene libre el fosfato unido al carbono 5’ de la desoxirribosa, y el último nucleótido tiene libre el oxhidrilo unido al carbono 3’ de la misma. De esta manera, se forman los extremos de la cadena de ADN conocidos como extremo 5’ y extremo 3’.
La secuencia determinada de nucleótidos que se forma en una cadena de ADN corresponde a la estructura primaria de la misma. Las bases nitrogenadas de los nucleótidos, a su vez, pueden unirse entre sí a través de puentes de hidrógeno. De acuerdo con su estructura, las uniones más estables son entre la adenina y la timina, y entre la citosina y la guanina; formando dos y tres puentes de hidrógeno, respectivamente. Así, se dice que cada base tiene su complementaria.
La unión antiparalela de dos hebras de ADN complementarias, a través de dichas uniones de puente de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, forma la estructura secundaria de la molécula. De esta manera, el extremo 5’ de una de las hebras corresponde con el extremo 3’ de la hebra complementaria. Según el modelo de Watson y Crick, las dos hebras del ADN, antiparalelas y complementarias, se disponen formando una doble hélice.
Por último, la conformación espacial que toma el ADN forma la estructura terciaria de la molécula. En relación con esto, podemos encontrar distintos tipos de ADN, que mencionaremos en la siguiente sección.
Tipos de ADN: circular o lineal
El ADN puede ser de dos tipos diferentes, de acuerdo con su estructura terciaria: circular o lineal.
Las células procariotas contienen una sola molécula de ADN circular, que puede sufrir una torsión o plegamiento adicional que da como resultado el denominado ADN superenrollado.
El ADN circular es el tipo de ADN más simple, que se ha utilizado y se utiliza como modelo experimental para comprender los mecanismos moleculares de muchos procesos celulares, como por ejemplo el de la replicación o transcripción del ADN (aunque presenta diferencias con las células eucariotas). A su vez, en el ámbito de la biotecnología e ingeniería genética, se utilizan moléculas de ADN circular pequeñas, llamadas plásmidos, para introducir secuencias de ADN específicas en células en cultivo, principalmente bacterias. Los plásmidos se replican independientemente del cromosoma bacteriano.
Por otro lado, las células eucariotas contienen moléculas de ADN lineal en su núcleo. Cada molécula de ADN constituye un cromosoma independiente, y la cantidad de cromosomas en una célula depende de la especie de la que se trate. Por ejemplo, los seres humanos tenemos 46 moléculas de ADN lineal en las células somáticas de nuestro cuerpo, mientras que los gatos tienen 38. En los extremos de los cromosomas se ubica una región llamada telómero, formada por una secuencia de nucleótidos específica. Esta secuencia se repliega sobre sí misma y, además de delimitar a cada cromosoma, protege sus extremos de daños que se puedan ocasionar.
El ADN lineal se organiza en nucleosomas, formados por el empaquetamiento de la molécula de ADN doble cadena con unas proteínas específicas denominadas histonas. De esta manera se conforma la cromatina, que es el tipo de ADN propio de las células eucariotas. De acuerdo con el grado de empaquetamiento, se pueden encontrar dos tipos de cromatina: la eucromatina, que es más laxa y activa transcripcionalmente; y la heterocromatina, que está mucho más compactada, lo cual impide que pueda transcribirse. Algunas regiones del ADN permanecen siempre como heterocromatina, mientras que otras pueden alternar entre los dos estados de condensación en distintos momentos de la vida de la célula.
Las células eucariotas también contienen copias de ADN circular dentro de sus mitocondrias y cloroplastos, que poseen su propio genoma.
Regiones y contenido del ADN
El ADN se compone de muchas regiones conocidas como genes que se transcriben formando ARN mensajero (ARNm), el cual, en un paso posterior, es traducido a proteínas en el citoplasma celular. De acuerdo con el código genético, la secuencia específica de nucleótidos que tenga un gen determina la estructura e identidad de la proteína codificada por el mismo.
Al mismo tiempo, muchas regiones del ADN no son transcripcionalmente activas, y contienen secuencias que funcionan como reguladoras para diferentes procesos moleculares que se dan el mismo, como la transcripción o la replicación. Así, por ejemplo, una determinada región del ADN puede influir, mediante la interacción espacial con proteínas o con otras regiones del ADN, en el grado de transcripción de un determinado gen.
A su vez, hay regiones del ADN que no tienen una función conocida hasta el momento, y se dice que son secuencias de relleno.
Las moléculas de ADN son uno de los principales objetos de estudio de la biología molecular, una de las ramas de la biología que se encuentra en auge en la actualidad. Continuamente se realizan avances en pos del entendimiento de los procesos moleculares que conciernen al ADN y se encuentran nuevas técnicas que permiten manipularlo.
Referencias bibliográficas
• Curtis, H. y Cols. (2008). ‘’Biología’’. Séptima edición. Buenos Aires: Médica Panamericana.• Alberts, B. y Cols. (2004). ‘’Biología Molecular de la Célula’’. Cuarta edición. Barcelona. Ediciones Omega.
• Griffiths, A.J.F y Cols. (2002) ‘’Genética’’. Séptima edición. Madrid. Editorial McGraw-Hill, Interamericana.
Autora
Escrito por Tatiana Bengochea para la Edición #107 de Enciclopedia Asigna, en 01/2022. Tatiana es Lic. en Ciencias Biológicas y Prof. en Biología. Graduada en la UBA, Arg.