ADN

El ácido desoxirribonucleico ( / d iː ˈ ɒ k s ɪ ˌ r aɪ b oʊ nj uː ˌ k l iː ɪ k , - ˌ k l eɪ -/ ( escuchar ) ; [1] ADN ) es un polímero compuesto por dos cadenas de polinucleótidos que enrollarse uno alrededor del otro para formar una doble hélice . El polímero lleva instrucciones genéticas para el desarrollo, funcionamiento, crecimiento yreproducción de todos los organismos conocidos y muchos virus . El ADN y el ácido ribonucleico (ARN) son ácidos nucleicos . Junto con las proteínas , los lípidos y los carbohidratos complejos ( polisacáridos ), los ácidos nucleicos son uno de los cuatro tipos principales de macromoléculas que son esenciales para todas las formas de vida conocidas .

Las dos cadenas de ADN se conocen como polinucleótidos, ya que están compuestas de unidades monoméricas más simples llamadas nucleótidos . [2] [3] Cada nucleótido está compuesto por una de cuatro bases nitrogenadas ( citosina [C], guanina [G], adenina [A] o timina [T]), un azúcar llamado desoxirribosa y un grupo fosfato . Los nucleótidos se unen entre sí en una cadena mediante enlaces covalentes (conocidos como enlace fosfodiéster).) entre el azúcar de un nucleótido y el fosfato del siguiente, lo que da como resultado un esqueleto de azúcar-fosfato alterno . Las bases nitrogenadas de las dos cadenas de polinucleótidos separadas se unen, de acuerdo con las reglas de emparejamiento de bases (A con T y C con G), con enlaces de hidrógeno para formar ADN de doble cadena. Las bases nitrogenadas complementarias se dividen en dos grupos, pirimidinas y purinas . En el ADN, las pirimidinas son la timina y la citosina; las purinas son adenina y guanina.

Ambas cadenas de ADN de doble cadena almacenan la misma información biológica . Esta información se replica cuando las dos hebras se separan. Una gran parte del ADN (más del 98% en humanos) no codifica , lo que significa que estas secciones no sirven como patrones para las secuencias de proteínas . Las dos hebras de ADN corren en direcciones opuestas entre sí y, por lo tanto, son antiparalelas . Adjunto a cada azúcar hay uno de los cuatro tipos de nucleobases (o bases ). Es la secuencia de estas cuatro nucleobases a lo largo de la columna vertebral la que codifica la información genética. Las hebras de ARN se crean usando hebras de ADN como plantilla en un proceso llamado transcripción., donde las bases del ADN se intercambian por sus bases correspondientes excepto en el caso de la timina (T), en la que el ARN sustituye al uracilo (U). [4] Según el código genético , estas hebras de ARN especifican la secuencia de aminoácidos dentro de las proteínas en un proceso llamado traducción .

Dentro de las células eucariotas, el ADN está organizado en estructuras largas llamadas cromosomas . Antes de la división celular típica , estos cromosomas se duplican en el proceso de replicación del ADN, proporcionando un conjunto completo de cromosomas para cada célula hija. Los organismos eucariotas ( animales , plantas , hongos y protistas ) almacenan la mayor parte de su ADN dentro del núcleo celular como ADN nuclear , y algo en las mitocondrias como ADN mitocondrial o en los cloroplastos como ADN de cloroplastos . [5] Por el contrario,los procariotas ( bacterias y arqueas ) almacenan su ADN sólo en el citoplasma , en cromosomas circulares . Dentro de los cromosomas eucariotas, las proteínas de la cromatina , como las histonas , compactan y organizan el ADN. Estas estructuras de compactación guían las interacciones entre el ADN y otras proteínas, ayudando a controlar qué partes del ADN se transcriben.

El ADN es un polímero largo hecho de unidades repetitivas llamadas nucleótidos . [6] [7] La ​​estructura del ADN es dinámica a lo largo de su longitud, siendo capaz de enrollarse en bucles apretados y otras formas. [8] En todas las especies se compone de dos cadenas helicoidales, unidas entre sí por enlaces de hidrógeno . Ambas cadenas están enrolladas alrededor del mismo eje y tienen el mismo paso de 34 ångströms (3,4  nm ). El par de cadenas tiene un radio de 10 Å (1,0 nm). [9] Según otro estudio, cuando se midió en una solución diferente, la cadena de ADN medía 22–26 Å (2,2–2,6 nm) de ancho, y una unidad de nucleótidos medía 3,3 Å (0,33 nm) de largo.[10]

La estructura de la doble hélice del ADN ( ADN tipo B ). Los átomos en la estructura están codificados por colores por elemento y las estructuras detalladas de dos pares de bases se muestran en la parte inferior derecha.
diagrama simplificado
Estructura química del ADN; enlaces de hidrógeno mostrados como líneas punteadas. Cada extremo de la doble hélice tiene un fosfato 5' expuesto en una hebra y un grupo hidroxilo 3' expuesto (-OH) en la otra.
Una sección de ADN. Las bases se encuentran horizontalmente entre las dos hebras en espiral [14] ( versión animada ).
Surcos mayores y menores del ADN. Este último es un sitio de unión para el colorante de tinción de Hoechst 33258.
Cariograma esquemático de un ser humano. Muestra 22 cromosomas homólogos , tanto la versión femenina (XX) como la masculina (XY) del cromosoma sexual (abajo a la derecha), así como el genoma mitocondrial (a escala en la parte inferior izquierda). La escala azul a la izquierda de cada par de cromosomas (y el genoma mitocondrial) muestra su longitud en términos de millones de pares de bases de ADN .
Más información: cariotipo
De izquierda a derecha, las estructuras de A , B y Z-DNA
Cuádruplex de ADN formado por repeticiones de telómeros . La conformación en bucle de la columna vertebral del ADN es muy diferente de la típica hélice de ADN. Las esferas verdes en el centro representan iones de potasio. [61]
ADN impuro extraído de una naranja
Un aducto covalente entre una forma metabólicamente activada de benzo[ a ]pireno , el mutágeno principal en el humo del tabaco , y el ADN [81]
Ubicación del ADN nuclear eucariota dentro de los cromosomas
ARN polimerasa T7 (azul) que produce un ARNm (verde) a partir de una plantilla de ADN (naranja) [100]
Replicación del ADN: La doble hélice es desenrollada por una helicasa y una topoisomerasa . A continuación, una ADN polimerasa produce la copia de la cadena principal . Otra ADN polimerasa se une a la hebra rezagada . Esta enzima produce segmentos discontinuos (llamados fragmentos de Okazaki ) antes de que la ADN ligasa los una.
Interacción del ADN (en naranja) con las histonas (en azul). Los aminoácidos básicos de estas proteínas se unen a los grupos fosfato ácidos del ADN.
El factor de transcripción hélice-giro-hélice del represor lambda se une a su objetivo de ADN [123]
La enzima de restricción EcoRV (verde) en un complejo con su sustrato ADN [127]
Un modelo actual de recombinación meiótica, iniciada por una ruptura o brecha de doble cadena, seguida de emparejamiento con un cromosoma homólogo e invasión de cadena para iniciar el proceso de reparación recombinacional. La reparación de la brecha puede conducir a un cruce (CO) o no cruce (NCO) de las regiones flanqueantes. Se cree que la recombinación de CO ocurre mediante el modelo Double Holliday Junction (DHJ), ilustrado arriba a la derecha. Se cree que los recombinantes NCO se producen principalmente mediante el modelo Synthesis Dependent Strand Annealing (SDSA), ilustrado arriba a la izquierda. La mayoría de los eventos de recombinación parecen ser del tipo SDSA.
La estructura de ADN de la izquierda (se muestra el esquema) se autoensamblará en la estructura visualizada por microscopía de fuerza atómica a la derecha. La nanotecnología del ADN es el campo que busca diseñar estructuras a nanoescala utilizando las propiedades de reconocimiento molecular de las moléculas de ADN. [177]
Maclyn McCarty (izquierda) le da la mano a Francis Crick y James Watson , coautores del modelo de doble hélice basado en los datos de difracción de rayos X y las ideas de Rosalind Franklin y Raymond Gosling.
Dibujo a lápiz de la doble hélice del ADN por Francis Crick en 1953
Una placa azul fuera del pub The Eagle en conmemoración de Crick y Watson