Estructura y organización del ADN

La estructura y organización del ADN describe cómo el ácido desoxirribonucleico se construye como una doble hélice antiparalela de dos hebras complementarias y apareadas por bases, y cómo la química de esa molécula codifica la información hereditaria. Es el fundamento estructural del que dependen la replicación, la transcripción y el empaquetamiento del genoma.

Definition

El ADN es un polímero de desoxirribonucleótidos en el que dos hebras antiparalelas se enrollan en una doble hélice, mantenidas unidas por enlaces de hidrógeno entre bases complementarias (adenina-timina y guanina-citosina), con la secuencia de bases codificando información genética.

Scope

La entrada abarca los componentes básicos del ADN (nucleótidos, el esqueleto de azúcar-fosfato y las cuatro bases), las reglas del apareamiento complementario de bases, la geometría de la doble hélice antiparalela y cómo la secuencia primaria se relaciona con el papel biológico de la molécula. Se aborda la estructura como un tema de biología molecular y no se proporciona orientación clínica.

Key concepts

• Nucleótido (base, desoxirribosa, fosfato)
• Esqueleto de azúcar-fosfato
• Apareamiento complementario de bases (A-T, G-C)
• Hebras antiparalelas y polaridad 5' a 3'
• Surcos mayor y menor
• ADN en forma B
• Reglas de composición de bases de Chargaff

Mechanisms

Cada hebra de ADN es una cadena de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster entre el carbono 3' de un azúcar y el fosfato 5' del siguiente, lo que confiere a cada hebra una polaridad definida de 5' a 3'. Dos hebras de polaridad opuesta se aparean mediante enlaces de hidrógeno entre bases complementarias y se apilan en una doble hélice dextrógira, con las bases en el interior y los esqueletos de azúcar-fosfato en el exterior formando surcos mayores y menores. El modelo de Watson y Crick demostró que el apareamiento específico de adenina con timina y de guanina con citosina hace que las dos hebras sean complementarias, de modo que la secuencia de una hebra determina la otra y la estructura sugiere inherentemente cómo la molécula puede ser copiada. El trabajo de difracción de rayos X, incluyendo las imágenes de Franklin y Gosling, proporcionó la base experimental para la estructura helicoidal y regular.

Clinical relevance

Las reglas estructurales del ADN sustentan cómo se leen, comparan y analizan las secuencias genéticas en medicina molecular, y cómo se describen los cambios en la secuencia. Esto es biología de referencia más que una base para decisiones clínicas individuales.

History

A principios de la década de 1950, se habían acumulado regularidades en la composición de bases (reglas de Chargaff) y datos de difracción de rayos X sobre fibras de ADN. En 1953, Watson y Crick propusieron el modelo de doble hélice antiparalela, publicado junto con estudios de difracción de Franklin y Gosling y de Wilkins y sus colegas. El modelo unificó la química y la genética del ADN y se convirtió en el fundamento estructural de la biología molecular.

Key figures

• James Watson
• Francis Crick
• Rosalind Franklin
• Maurice Wilkins
• Erwin Chargaff

Seminal works

• watson-crick-1953
• franklin-gosling-1953

Frequently asked questions

¿Por qué se describen las dos hebras de ADN como antiparalelas?

Las dos hebras corren en direcciones opuestas: una está orientada de 5' a 3' mientras que su compañera corre de 3' a 5'. Esta polaridad opuesta es necesaria para el apareamiento complementario de bases y para la forma en que se copian las hebras.

¿Qué mantiene unidas las dos hebras?

Los enlaces de hidrógeno entre bases complementarias (la adenina se aparea con la timina, la guanina se aparea con la citosina), reforzados por el apilamiento de bases, mantienen unidas las hebras en la doble hélice, permitiendo al mismo tiempo que se separen para su copia.