ADN (Ácido desoxirribonucleico)

El ácido desoxirribonucleico, más conocido como ADN, es una larga cadena de nucleótidos unidos por enlace fosfodiéster. Cada nucleótido está formado por una desoxirribosa, un grupo fosfato y una de las cuatro bases nitrogenadas posibles que hay en el ADN: dos púricas, la adenina (que se nombra con la letra A) y la guanina (G), y dos pirimidínicas, la citosina (C) y la timina (T).

El ADN tiene una gran importancia biológica, ya que contiene toda la información genética necesaria para la replicación de las células. La mayoría del ADN se encuentra en el núcleo celular, aunque también hay en cloroplastos y mitocondrias, que son los únicos orgánulos celulares con capacidad de replicación.

Al igual que las proteínas, el ADN se estructura en diferentes niveles: la estructura primaria, que es la secuencia de nucleótidos; la estructura secundaria, en la que el ADN forma una doble hélice, y la estructura terciaria, en la que la hélice se enrolla mucho sobre sí misma, o se superenrolla. Además, se pueden distinguir varios grados de empaquetamiento necesario para que pueda caber en el interior del núcleo.

Estructura primaria del ADN

Es la secuencia de las bases nitrogenadas de sus nucleótidos, que son las que diferencian un nucleótido de otro, ya que la pentosa y el fosfato son siempre los mismos. Las diferentes combinaciones que se pueden dar en el orden de las bases nitrogenadas es lo que establece las “instrucciones” de cada individuo, es decir, su información genética. Es como si, por ejemplo, las bases nitrogenadas fueran las letras del alfabeto: según el orden en el que se utilicen, se pueden escribir distintas frases, y estas frases son las que nos dan la información.

Dentro de una misma especie, el porcentaje de las distintas bases nitrogenadas que forman el ADN es muy similar, siendo las secuencias también muy semejantes. Este hecho explicaría la similitud de las características morfológicas y fisiológicas entre individuos de la misma especie.

Estructura secundaria

A este tipo de estructura se le denomina doble hélice y fue descubierta por los investigadores James Watson y Francis Crick en 1953, siendo por ello galardonados años más tarde con el Premio Nobel.

La doble hélice se forma por la asociación de dos cadenas de nucleótidos complementarias, de forma antiparalela, es decir, que una cadena va en sentido 5’- 3’ y la otra va 3’- 5’. Estas cadenas se unen a través de las bases nitrogenadas, y se enrollan alrededor de un imaginario eje central, creando una hélice. La estructura sería análoga a una escalera de cuerda (como la que utilizan los trapecistas en el circo, por ejemplo) enrollada sobre sí misma: las dos largas cuerdas que constituyen la estructura de la escalera serían las dos cadenas de nucleótidos, mientras que los peldaños serían las bases nitrogenadas unidas por puentes de hidrógeno.

Los apareamientos de las bases nitrogenadas se hacen siempre de igual manera: una adenina con una timina, mediante dos puentes de hidrógeno, y una citosina con una guanina, mediante tres puentes de hidrógeno. Las uniones son siempre de bases púricas con bases pirimidínicas, ya que sus estructuras hacen que éste sea el apareamiento más idóneo para la estabilidad de la doble hélice. Existen unos parámetros que definen la estructura secundaria del ADN: el pitch o “paso de rosca”, que es la distancia que hay entre un punto de la doble hélice y el siguiente punto equivalente, o, dicho de otra manera, la distancia que hay entre cada vuelta completa de hélice, que es de 3,4 nanometros (nm); la elevación axial, que indica a la distancia que hay entre cada par de bases, y que es de 0,34 nm; el parámetro “N”, que es el número de nucleótidos por vuelta, 10 en el ADN, y el diámetro de la hélice, que es de 2 nm.

Estructura terciaria

También llamada ADNsuperenrollado, es típica del ADN circular. Presenta los extremos unidos, y aparece en bacterias, mitocondrias, cloroplastos y en algunos virus. El superenrollamiento se produce cuando la doble hélice de ADN se retuerce sobre sí misma, al aumentar o disminuir el número de vueltas de la hélice. Es algo parecido a lo que ocurre con el cable del teléfono cuando se da vueltas al auricular: aparecen unos enrollamientos que antes no había. Los superenrollamientos suponen una gran ventaja, ya que consiguen reducir la longitud del ADN.

El ADN lineal también experimenta superenrollamiento, pero éste se debe a la asociación con diversas proteínas, lo que provoca un empaquetamiento de la cadena. El primer nivel de empaquetamiento se denomina fibra de cromatina de 100 amstrongs (Å) o “collar de perlas”, designado así por la estructura tan característica que tiene: el ADN semeja la cadena de un collar que se enrolla alrededor de unas estructuras proteicas con forma redondeada, que serían las perlas.

El “collar de perlas” se forma por la repetición de una unidad estructural básica, el nucleosoma, compuesto por una estructura proteica con forma de globo, formada por ocho proteínas denominadas histonas, dos vueltas de ADN enrollado alrededor de esta estructura y un trozo de cadena de ADN, denominado ADN espaciador, que no está enrollado y que sirve para dejar una cierta separación entre nucleosomas.

El segundo nivel de empaquetamiento se llama fibra de cromatina de 300 Å y se establece por el enrollamiento de la fibra de 100 Å sobre sí misma, con la intervención de histonas distintas a las ocho que forman la estructura proteica del “collar de perlas”. La estructura resultante es como una hélice, en la que hay seis nucleosomas por vuelta, y las histonas se agrupan quedando en el eje central de la fibra.

Existen otros niveles superiores de empaquetamiento: la fibra de 300 Å se puede enrollar sobre sí misma, generando una serie de bucles (tercer nivel de empaquetamiento), los cuales, a su vez, pueden retorcerse más y más (cuarto nivel de empaquetamiento), hasta llegar a una estructura supercompactada, que es lo que se conoce como cromosoma (quinto y definitivo nivel de empaquetamiento).

Para entender la importancia de los niveles de empaquetamiento, baste decir que en cada célula del cuerpo humano, con un tamaño de entre dos y cien micras, hay unos dos metros de ADN. Es decir, que para que todo el ADN de una célula pueda caber en ella, éste se tiene que reducir a un tamaño un millón de veces menor.