La estructura del ADN

El ADN fue aceptado como material genético a partir de 1953. Cada bloque de ADN es un nucleótido, compuesto de un azúcar pentosa desoxirribosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada. La base nitrogenada se une al carbono 1´ del azúcar y el grupo fosfato está unido al carbono 5´. Las bases nitrogenadas son dos purinas: Adenina(A) y guanina (G); y dos pirimidinas: timina (T) y citosina (C).

La estructura química de un fragmento de cuatro pares de bases de una doble hélice de ADN. By Thomas Shafee - Own work, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39630174

Los nucleótidos están unidos por enlaces covalentes. El carbono 3´ de un azúcar está unido al 5´ fosfato del azúcar continuo para formar un enlace 3´5´ fosfodiéster. Forman polímeros de longitudes indefinidas y los nucleótidos pueden ir en cualquier orden. La cadena de nucleótidos presenta una dirección, el extremo 5´ el carbono 5´esta unido a un fosfato, el extremo 3´ tiene un carbono 3´unido a un grupo hidroxilo, esto determina la dirección. La relación entre las bases nitrogenadas en el ADN fue descubierta por Edwin Chargaff y otros. Descubrió que en el ADN el número de purinas es igual al número de pirimidinas. Estos descubrimientos, llamados reglas de Chargaff, dicen que la cantidad de A será igual a la cantidad de T y la cantidad de C será igual a la cantidad de G. A=T C=G

Entre Adenina y Timina se forman dos puentes de hidrógeno y entre Guanina y Citosina se forman tres puentes de hidrógeno.

El ADN está formado por dos cadenas de polinucleótidos formando una doble hélice, corren en direcciones opuestas, de forma antiparalelas entre sí.

Estructura y bases ADN. Dominio Públicohttps://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNAstructure-and-bases.png#/media/File:DNAstructure-and-bases.png

Francis Crick, Rosalind Franklin, James Watson y Maurice Wilkins

Estos cuatro científicos, Crick, Franklin, Watson y Wilkins, co-descubrieron la estructura de doble hélice del ADN, que formó la base de la biotecnología moderna.

Replicación del ADN

La secuencia de los nucleótidos del ADN podría ser copiada exactamente, en un proceso conocido como la replicación del ADN. Los pares de nucleótidos de cada cadena de ADN que se complementan están unidos por puentes de hidrógeno, estos puentes entre las cadenas se rompen quedando dos cadenas separadas que sirven como guía para copiar la síntesis de la cadena opuesta.

Hipótesis de replicación del ADN

Hipótesis 1: Replicación semiconservativa Cada cadena de la doble hélice se podría aparear con los nuevos nucleótidos complementarios para sustituir a su par faltante y producir una cadena original de la molécula progenitora y una cadena complementaria recién sintetizada.

Hipótesis 2: Replicación conservativa

Ambas cadenas de ADN progenitoras podrían permanecer juntas, y las dos cadenas recién sintetizadas podrían formar una segunda doble hélice.

Hipótesis 3: Replicación dispersa

Las cadenas progenitoras y las recién sintetizadas podrían llegar a mezclarse al azar durante el proceso de replicación.

By Ignacio Gonzalez Tapia - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3922741

Replicación semiconservativa

Meselson y Stahl comprobaron el mecanismo de la replicación semiconservativa. La replicación semiconservativa luego de las cadenas separarse, cada una se aparea con nuevos nucleótidos complementarios, es decir, adenina con timina y citosina con guanina. Dando como resultados dos dobles hélices de ADN, con una cadena original y una recién sintetizada. Se llama semiconservativa porque conserva una cadena de nucleótidos original con una nueva. El proceso de la replicación semiconservativa está regulado y requiere de muchos tipos de moléculas de proteínas y enzimas.

ADN helicasa: enzima que abre la doble hélice en los tenedores de replicación mediante el rompimiento de los enlaces de hidrógeno que mantienen las dos cadenas juntas.

Proteína SSB o ligante: Se una a las cadenas simples de ADN e impide que la hélice se forme antes de la replicación.

Topoisomerasa: Reduce la tensión formada por las helicasas al separar las cadenas. Rompe una o ambas cadenas de ADN para evitar el enrollamiento durante la replicación, luego las une.

ADN polimerasa: Agrega las subunidades de nucleótidos a las cadenas originales formando la cadena complementaria.

ADN primasa: Sintetiza cebadores de ARN cortos en la cadena retrasada. Comienza la replicación de la cadena líder.

ADN ligasa: Enlaza los fragmentos de Okazaki entre los extremos 3´en el nuevo fragmento y el extremo 5´del ADN continuo.

Replicación de ADN By LadyofHats Mariana Ruiz - Own work (Original text: Own work. Image renamed from File: DNA replication.svg), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6916971

Del ADN a la proteína

La secuencia de bases de ADN determina la secuencia de aminoácidos en polipéptidos, las células no utilizan la información en el ADN directamente. En su lugar el ácido ribonucleico (ARN), vincula al ADN con las proteínas. EL ARN es un polímero de nucleótidos al igual que el ADN, las diferencias son que el ARN es una cadena simple, su azúcar es la ribosa que se diferencia de la desoxirribosa por un grupo hidroxilo en la posición 2 y que es sus bases utiliza uracilo en lugar de timina, que es una pirimidina que puede igual formar los dos puentes de hidrogeno con la adenina.

Para la codificación de gen a proteína, se realiza una copia de ARN del ADN; el proceso por el cual se sintetiza la cadena de ARN se parece a la replicación del ADN, en donde la secuencia de las bases de una cadena de ADN se utiliza como molde y el ARN forma una copia de las bases de la cadena complementaria, este proceso se llama transcripción. Con la información copiada en el ARNm (mensajero), se realiza el proceso de traducción, en el cual se traduce el “lenguaje de ácido nucleico” de ARNm al “lenguaje de aminoácido” de la proteína. Cada secuencia de tres bases de nucleótidos en el ARNm establece un codón, que especifica un aminoácido en la cadena polipeptídica, o una señal de inicio o de parada. El ARNt (transferencia) contiene un anticodón complementario a un codón que específica un solo aminoácido que se encuentra en el otro extremo. El ARNr (ribosómico) que consta de una subunidad grande y una pequeña, estos acoplan los codones con el respectivo anticodón del ARNm y ARNt, formando la cadena de aminoácidos. Los aminoácidos que van siendo traducidos se unen mediante enlaces peptídicos.

Síntesis de proteínas By Parri. - Ribosome mRNA translation en.svg by LadyofHats, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17254983