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Ácido desoxirribonucleico
Casi todo los aspectos de la vida se organizan en el nivel molecular, y si no entendemos las moléculas nuestra compresión de la vida misma será muy incompleta. Francis Crick
ADN es la abreviatura del ácido desoxirribonucleico. Constituye el material genético de los organismos. Es el componente químico primario de los cromosomas y el material del que los genes están formados. En las bacterias y otros organismos unicelulares, el ADN está disribuido por la célula. En organismos más complejos tal como plantas, anímales y otros organismos multicelulares, la mayoria del ADN reside en el núcleo celular. Se conoce desde hace más de cien años. El ADN fue identificado inicialmente en 1868 por Friedrich Miescher (un biólogo suizo) en los núcleos de las células del pus obtenidas de los vendajes quirúrgicos desechados y en el esperma del salmón. Miescher llamó a la sustancia nucleína, aunque no fue reconocida hasta 1943 mediante el experimento realizado por Oswald Avery.
Índice
Estructura
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Existen cuatro bases: dos púricas denominadas adenina (A) y guanina (G) y dos pirimidínicas denominadas citosina (C) y timina (T). Para formar el ADN, se unen largas cadenas de estas bases mediante moléculas de fosfato y azúcar. La estructura de doble hélice (ver figura) del ADN no fue descubierta hasta 1953 por James Watson y Francis Crick (el artículo A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid fue publicado el 25 de abril, 1953) en Nature)¹, que dejaba claro el modo en que el ADN se podía "desenrollar" para que fuera posible su lectura o copia. Una larga hebra de ácido nucleico está enrollada alrededor de otra hebra formando un par entrelazado.Dicha hélice mide 3,4 nm de paso de rosca y 2,37 nm de diámetro, y está formada , en cada vuelta, por 10,4 pares de nucleótidos enfrentados entre si por sus bases nitrogenadas. El rasgo fundamental es que las bases de nucleótidos de una hebra "casan" con la especie de nucleótidos de la otra, en el sentido de que la adenina siempre casa con la timina (lo que se denomina A....T) y la guanina siempre casa con la citosina (G...C). Este emparejamiento corresponde a la observación ya realizada por Chargaff (1905-2002) de que en todas las muestras la cantidad de adenina es siempre la misma que la timina, como ocurre con la guanina y la citosina, así se aseguran cantidades iguales. Así una pequeña purina (adenina y guanina) está siempre emparejada con una mayor pirimidina (timina y citosina), siendo de este modo uniforme la doble hélice (no hay "bultos" ni "pellizcos"). La cantidad de purina (A+G) es siempre igual a la cantidad de primidina (T+C). Se estima que el genoma humano tiene alrededor de 3.000 millones de pares de bases. Dos unidades de medida muy utilizadas son la kilobase (kb) que equivale a 1.000 pares de bases, y la megabase (Mb) que equivale a un millón de pares de bases.
- (1)En este descubrimiento, no hay que dejar de lado las importantes aportaciones realizadas en el estudio de la difracción de rayos X por los neozelandeses Maurice Wilkins y Rosaling Franklin (1920-1958) en el King´s College de Londres
El modelo de doble hélice permite explicar las propiedades que se esperandel ADN:
- Capacidad para contener información:lenguaje codificado en la secuencia de pares nucleótidos
- Capacidad de replicación: dar origen a dos copias iguales
- Capacidad de mutación: justificando los cambios evolutivos
Enlace de hidrógeno
La adhesión de las dos hebras de ácido nucléico se debe a un tipo especial de unión química conocido como puente de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno son uniones más débiles que los típicos enlaces químicos, esto significa que las dos hebras de la hélice pueden separarse con facilidad, quedando intactas.
Papel de la secuencia
En un gen, la secuencia de los nucleótidos a lo largo de la cadena de ADN define una proteína que un organismo es capaz de sintetizar o "expresar" en uno o varios momentos de su vida, usando la información de dicha secuencia. La relación entre la secuencia de nucleótidos y la secuencia de aminoácidos de la proteína es determinada por un mecanismo celular de transcripción, conocido de forma general como código genético.
En muchas especies de organismos, sólo una pequeña fracción del total de la secuencia del genoma codifica proteínas. La función del resto es especulativa.
La secuencia también determina la susceptibilidad del ADN para ser cortado por restricción enzimática, la quintaesencia de la ingeniería genética. La posición en la que es secuenciada en un genoma individual determina la huella de ADN. (por completar)
EL ADN como almacén de información
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En realidad se puede considerar así, como un almacén de información (mensaje) que se trasmite de generación en generación, conteniendo toda la información necesaria para construir y sostener el organismo en el que habita.
Se puede considerar que las obreras de este mecanismo son las proteínas. Estas pueden ser estructurales como las proteínas de los músculos, cartílagos, pelo, etc., o bien funcionales como las de la hemoglobina o las innumerables enzimas del organismo. La función principal de la herencia es la especificación de las proteínas, siendo el ADN una especie de plano o receta para nuestras proteínas. Unas veces la modificación del ADN que provoca disfunción protéica lo llamamos enfermedad, otras veces, en sentido beneficioso, dará lugar a lo que conocemos como evolución.
Las alrededor de treinta mil proteínas diferentes en el cuerpo humano están hechas de veinte aminoácidos diferentes, y una molécula de ADN debe especificar la secuencia en que se unan dichos aminoácidos,
El ADN en el genoma de un organismo podría dividirse conceptualmente en dos, el que codifica las proteínas y el que no codifica. En el proceso de elaborar una proteína, el ADN de un gen se lee y se transcribe a ARN. Este ARN sirve como mensajero entre el ADN y la maquinaria que elaborará las proteínas y por eso recibe el nombre de ARN mensajero. El ARN mensajero instruye a la maquinaria que elabora las proteínas, para que ensamble los aminoácidos en el orden preciso para armar la proteína.
El dogma central de la genética es que el flujo de actividad y de información es:
Sólo muy raras veces la información fluye del ARN al ADN.
Microconjuntos («microarrays») de ADNc
Son colecciones de oligonucleótidos de ADNc dispuestas en hileras fijadas. Estos chips de ADN se usan para el estudio de mutaciones genéticas de genes conocidos o para monitorizar la expresión genética de una preparación de ARNm
Nota
Ronald Breaker, de la Universidad de Yale, y sus colegas han demostrado que pueden ser creados equivalentes de ADN. Se logran sintetizar hebras de ADN que catalizan la unión (ligación) entre oligonucleótidos. Hasta el momento, la actividad catalítica sólo se había hallado en ARN (además de en proteínas). (Nature)
Referencias
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Otras fuentes de información
Notas
