cido desoxirribonucleico

Situacin del ADN dentro de unaclula eucariota.

Elcido desoxirribonucleico, abreviado comoADN, es uncido nucleicoque contiene instruccionesgenticasusadas en eldesarrolloy funcionamiento de todos losorganismosvivos conocidos y algunosvirus, y es responsable de su transmisinhereditaria. La funcin principal de la molcula de ADN es el almacenamiento a largo plazo deinformacin. Muchas veces, el ADN es comparado con un plano o una receta, o uncdigo, ya que contiene las instrucciones necesarias para construir otros componentes de lasclulas, como lasprotenasy las molculas deARN. Los segmentos de ADN que llevan esta informacin gentica son llamadosgenes, pero las otras secuencias de ADN tienen propsitos estructurales o toman parte en la regulacin del uso de esta informacin gentica.Desde el punto de vistaqumico, el ADN es unpolmerode nucletidos, es decir, unpolinucletido. Un polmero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas entre s, como si fuera un largotrenformado porvagones. E el ADN, cadavagnes unnucletido, y cada nucletido, a su vez, est formado por un azcar (ladesoxirribosa), unabase nitrogenada(que puede seradeninaA,timinaT,citosinaCoguaninaG) y un grupofosfatoque acta como enganche de cadavagncon el siguiente. Lo que distingue a unvagn(nucletido) de otro es, entonces, la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando slo la secuencia de sus bases. La disposicin secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena (el ordenamiento de los cuatro tipos devagonesa lo largo de todo eltren) es la que codifica la informacin gentica: por ejemplo, una secuencia de ADN puede serATGCTAGATCGC...En los organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucletidos, en la que las dos hebras estn unidas entre s por unas conexiones denominadaspuentes de hidrgeno.1Para que la informacin que contiene el ADN pueda ser utilizada por la maquinaria celular, debe copiarse en primer lugar en unostrenesde nucletidos, ms cortos y con unas unidades diferentes, llamadosARN. Lasmolculasde ARN se copian exactamente del ADN mediante un proceso denominadotranscripcin. Una vez procesadas en elncleo celular, las molculas de ARN pueden salir alcitoplasmapara su utilizacin posterior. La informacin contenida en el ARN se interpreta usando elcdigo gentico, que especifica la secuencia de losaminocidosde las protenas, segn una correspondencia de un triplete de nucletidos (codn) para cada aminocido. Esto es, la informacin gentica (esencialmente: qu protenas se van a producir en cada momento del ciclo de vida de una clula) se halla codificada en las secuencias de nucletidos del ADN y debe traducirse para poder funcionar. Tal traduccin se realiza usando el cdigo gentico a modo de diccionario. El diccionario "secuencia de nucletido-secuencia de aminocidos" permite el ensamblado de largas cadenas de aminocidos (las protenas) en el citoplasma de la clula. Por ejemplo, en el caso de la secuencia de ADN indicada antes (ATGCTAGATCGC...), la ARNpolimerasautilizara como molde la cadena complementaria de dicha secuencia de ADN (que seraTAC-GAT-CTA-GCG-...) para transcribir una molcula de ARNm que se leeraAUG-CUA-GAU-CGC-...; el ARNm resultante, utilizando el cdigo gentico, se traducira como la secuencia de aminocidosmetionina-leucina-cido asprtico-arginina-...Las secuencias de ADN que constituyen la unidad fundamental, fsica y funcional de la herencia se denominangenes. Cada gen contiene una parte que setranscribea ARN y otra que se encarga de definir cundo y dnde debenexpresarse. La informacin contenida en los genes (gentica) se emplea para generar ARN yprotenas, que son los componentes bsicos de las clulas, los "ladrillos" que se utilizan para la construccin de losorgnulos u organelos celulares, entre otras funciones.Dentro de las clulas, el ADN est organizado en estructuras llamadascromosomasque, durante elciclo celular, seduplicanantes de que la clula sedivida. Losorganismos eucariotas(por ejemplo,animales,plantas, yhongos) almacenan la mayor parte de su ADN dentro delncleo celulary una mnima parte enelementos celularesllamadosmitocondrias, y en losplastosy los centros organizadores demicrotbulosocentrolos, en caso de tenerlos; losorganismos procariotas(bacteriasyarqueas) lo almacenan en elcitoplasmade la clula, y, por ltimo, losvirus ADNlo hacen en el interior de lacpsidade naturaleza proteica. Existen multitud de protenas, como por ejemplo lashistonasy losfactores de transcripcin, que se unen al ADN dotndolo de una estructura tridimensional determinada y regulando su expresin. Losfactores de transcripcinreconocen secuencias reguladoras del ADN y especifican la pauta de transcripcin de los genes. El material gentico completo de una dotacin cromosmica se denominagenomay, con pequeas variaciones, es caracterstico de cadaespecie.Historia de la genticaEl ADN lo aisl por primera vez, durante el invierno de1869, el mdicosuizoFriedrich Mieschermientras trabajaba en laUniversidad de Tubinga. Miescher realizaba experimentos acerca de la composicin qumica delpusde vendasquirrgicasdesechadas cuando not un precipitado de una sustancia desconocida que caracteriz qumicamente ms tarde.23Lo llamnuclena, debido a que lo haba extrado a partir de ncleos celulares.4Se necesitaron casi 70 aos de investigacin para poder identificar loscomponentesy laestructurade los cidos nucleicos.En1919Phoebus Leveneidentific que un nucletido est formado por unabase nitrogenada, unazcary unfosfato.5Levene sugiri que el ADN generaba una estructura con forma desolenoide(muelle) con unidades de nucletidos unidos a travs de los grupos fosfato. En 1930 Levene y su maestroAlbrecht Kosselprobaron que la nuclena de Miescher es un cido desoxirribonucleico (ADN) formado por cuatro bases nitrogenadas (citosina(C),timina(T),adenina(A) yguanina(G)), el azcar desoxirribosa y un grupo fosfato, y que, en suestructurabsica, el nucletido est compuesto por un azcar unido a la base y al fosfato.6Sin embargo, Levene pensaba que la cadena era corta y que las bases se repetan en un orden fijo. En1937William Astburyprodujo el primer patrn dedifraccin de rayos Xque mostraba que el ADN tena una estructura regular.7La funcin biolgica del ADN comenz a dilucidarse en 1928, con una serie bsica de experimentos de la gentica moderna realizados porFrederick Griffith, quien estaba trabajando con cepas "lisas" (S) o "rugosas" (R) de la bacteriaPneumococcus(causante de la neumona), segn la presencia (S) o no (R) de una cpsula azucarada, que es la que confiere virulencia (vase tambinexperimento de Griffith). La inyeccin de neumococos S vivos en ratones produce la muerte de stos, y Griffith observ que, si inyectaba ratones con neumococos R vivos o con neumococos S muertos por calor, los ratones no moran. Sin embargo, si inyectaba a la vez neumococos R vivos y neumococos S muertos, los ratones moran, y en su sangre se podan aislar neumococos S vivos. Como las bacterias muertas no pudieron haberse multiplicado dentro del ratn, Griffith razon que deba producirse algn tipo de cambio o transformacin de un tipo bacteriano a otro por medio de una transferencia de alguna sustancia activa, que denominprincipio transformante. Esta sustancia proporcionaba la capacidad a los neumococos R de producir una cpsula azucarada y transformarse as en virulentas. En los siguientes 15 aos, estos experimentos iniciales se replicaron mezclando distintos tipos de cepas bacterianas muertas por el calor con otras vivas, tanto en ratones (in vivo) como en tubos de ensayo (in vitro).8La bsqueda del factor transformante que era capaz de hacer virulentas a cepas que inicialmente no lo eran continu hasta 1944, ao en el cualOswald Avery,Colin MacLeodyMaclyn McCartyrealizaron un experimento hoy clsico. Estos investigadores extrajeron la fraccin activa (el factor transformante) y, mediante anlisis qumicos, enzimticos yserolgicos, observaron que no contena protenas, ni lpidos no ligados, ni polisacridos activos, sino que estaba constituido principalmente por "una forma viscosa de cido desoxirribonucleico altamente polimerizado", es decir, ADN. El ADN extrado de las cepas bacterianas S muertas por el calor lo mezclaron "in vitro" con cepas R vivas: el resultado fue que se formaron colonias bacterianas S, por lo que se concluy inequvocamente que el factor o principio transformante era el ADN.9A pesar de que la identificacin del ADN como principio transformante an tard varios aos en ser universalmente aceptada, este descubrimiento fue decisivo en el conocimiento de la base molecular de la herencia, y constituye el nacimiento de lagentica molecular. Finalmente, el papel exclusivo del ADN en la heredabilidad fue confirmado en1952mediante los experimentos deAlfred HersheyyMartha Chase, en los cuales comprobaron que elfago T2transmita su informacin gentica en su ADN, pero no en su protena10(vase tambinexperimento de Hershey y Chase).En cuanto a la caracterizacin qumica de la molcula, en 1940Chargaffrealiz algunos experimentos que le sirvieron para establecer lasproporcionesde las bases nitrogenadas en el ADN. Descubri que las proporciones de purinas eran idnticas a las de pirimidinas, la "equimolecularidad" de las bases ([A]=[T], [G]=[C]) y el hecho de que la cantidad de G+C en una determinada molcula de ADN no siempre es igual a la cantidad de A+T y puede variar desde el 36 hasta el 70 por ciento del contenido total.6Con toda esta informacin y junto con los datos dedifraccin de rayos Xproporcionados porRosalind Franklin,James WatsonyFrancis Crickpropusieron en1953el modelo de ladoble hlicede ADN para representar laestructuratridimensional delpolmero.11En una serie de cinco artculos en el mismo nmero deNaturese public la evidencia experimental que apoyaba el modelo de Watson y Crick.12De stos, el artculo deFranklinyRaymond Goslingfue la primera publicacin con datos dedifraccin de rayos Xque apoyaba el modelo de Watson y Crick,1314y en ese mismo nmero deNaturetambin apareca un artculo sobre la estructura del ADN deMaurice Wilkinsy sus colaboradores.15Watson, Crick y Wilkins recibieron conjuntamente, en 1962, despus de la muerte de Rosalind Franklin, elPremio Nobel en Fisiologa o Medicina.16Sin embargo, el debate contina sobre quin debera recibir crdito por el descubrimiento.17Propiedades fsicas y qumicas[editar]

Estructura qumica del ADN: dos cadenas de nucletidos conectadas mediantepuentes de hidrgeno, que aparecen como lneas punteadas.El ADN es un largopolmeroformado por unidades repetitivas, losnucletidos.1819Una doble cadena de ADN mide de 22 a 26angstroms(2,2 a 2,6nanmetros) de ancho, y una unidad (un nucletido) mide 3,3 (0,33 nm) de largo.20Aunque cada unidad individual que se repite es muy pequea, los polmeros de ADN pueden sermolculasenormes que contienen millones denucletidos. Por ejemplo, el cromosoma humano ms largo, elcromosoma nmero 1, tiene aproximadamente 220 millones depares de bases.21En losorganismosvivos, el ADN no suele existir como una molcula individual, sino como una pareja de molculas estrechamente asociadas. Las dos cadenas de ADN se enroscan sobre s mismas formando una especie de escalera de caracol, denominadadoble hlice. El modelo de estructura en doble hlice fue propuesto en1953porJames WatsonyFrancis Crick(el artculo Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid fue publicado el25 de abrilde1953enNature), despus de obtener una imagen de la estructura de doble hlice gracias a la refraccin por rayos X hecha porRosalind Franklin.22El xito de este modelo radicaba en su consistencia con las propiedades fsicas y qumicas del ADN. El estudio mostraba adems que lacomplementariedad de basespoda ser relevante en sureplicacin, y tambin la importancia de la secuencia de bases como portadora de informacin gentica.232425Cada unidad que se repite, el nucletido, contiene un segmento de la estructura de soporte (azcar + fosfato), que mantiene la cadena unida, y unabase, que interacciona con la otra cadena de ADN en la hlice. En general, una base ligada a un azcar se denominanuclesidoy una base ligada a un azcar y a uno o ms grupos fosfatos recibe el nombre denucletido.Cuando muchos nucletidos se encuentran unidos, como ocurre en el ADN, el polmero resultante se denominapolinucletido.26ComponentesEstructura de soporte: La estructura de soporte de una hebra deADNest formada por unidades alternas de gruposfosfatoyazcar(desoxirribosa).27El azcar en el ADN es una pentosa, concretamente, ladesoxirribosa. cido fosfrico:

Enlace fosfodister. Elgrupo fosfato(PO43-) une elcarbono5' delazcarde unnuclesidocon elcarbono3' del siguiente.Sufrmula qumicaes H3PO4. Cadanucletidopuede contener uno (monofosfato:AMP), dos (difosfato:ADP) o tres (trifosfato:ATP) grupos de cido fosfrico, aunque como monmeros constituyentes de loscidos nucleicosslo aparecen en forma de nuclesidos monofosfato. Desoxirribosa:Es unmonosacridode 5tomosdecarbono(unapentosa) derivado de laribosa, que forma parte de la estructura de nucletidos del ADN. Su frmula es C5H10O4. Una de las principales diferencias entre elADNy elARNes elazcar, pues en el ARN la 2-desoxirribosadel ADN es reemplazada por unapentosaalternativa, laribosa.25Las molculas de azcar se unen entre s a travs de grupos fosfato, que formanenlaces fosfodisterentre los tomos de carbono tercero (3, tres prima) y quinto (5, cinco prima) de dos anillos adyacentes de azcar. La formacin deenlacesasimtricos implica que cada hebra de ADN tiene una direccin. En unadoble hlice, la direccin de losnucletidosen una hebra (3 5) es opuesta a la direccin en la otra hebra (5 3). Esta organizacin de las hebras de ADN se denominaantiparalela; son cadenas paralelas, pero con direcciones opuestas. De la misma manera, los extremos asimtricos de las hebras de ADN se denominanextremo 5(cinco prima) yextremo 3(tres prima), respectivamente. Bases nitrogenadas:Las cuatro bases nitrogenadas mayoritarias que se encuentran en elADNson laadenina(A), lacitosina(C), laguanina(G) y latimina(T). Cada una de estas cuatro bases est unida al armazn de azcar-fosfato a travs del azcar para formar el nucletido completo (base-azcar-fosfato). Las bases soncompuestos heterocclicosyaromticoscon dos o mstomosdenitrgeno, y, dentro de las bases mayoritarias, se clasifican en dos grupos: lasbases pricasopurinas(adenina y guanina), derivadas de lapurinay formadas por dos anillos unidos entre s, y lasbases pirimidnicasobases pirimdicasopirimidinas(citosina y timina), derivadas de la pirimidina y con un solo anillo.25En los cidos nucleicos existe una quinta base pirimidnica, denominadauracilo(U), que normalmente ocupa el lugar de la timina en elARNy difiere de sta en que carece de un grupo metilo en su anillo. El uracilo no se encuentra habitualmente en el ADN, slo aparece raramente como un producto residual de la degradacin de la citosina por procesos de desaminacin oxidativa.

Timina: 2, 4-dioxo, 5-metilpirimidina. Timina:En elcdigo genticose representa con la letraT. Es un derivado pirimidnico con ungrupo oxoen las posiciones 2 y 4, y ungrupo metilen la posicin 5. Forma elnuclesidotimidina(siempre desoxitimidina, ya que slo aparece en el ADN) y elnucletidotimidilatoo timidina monofosfato (dTMP). En el ADN, la timina siempre seemparejacon la adenina de la cadena complementaria mediante 2puentes de hidrgeno,T=A. Su frmula qumica es C5H6N2O2y su nomenclatura 2, 4-dioxo, 5-metilpirimidina.

Citosina: 2-oxo, 4-aminopirimidina. Citosina:En el cdigo gentico se representa con la letraC. Es un derivado pirimidnico, con ungrupo aminoen posicin 4 y un grupo oxo en posicin 2. Forma elnuclesidocitidina(desoxicitidina en el ADN) y elnucletidocitidilatoo (desoxi)citidina monofosfato (dCMP en el ADN, CMP en el ARN). La citosina siempre seemparejaen el ADN con la guanina de la cadena complementaria mediante un triple enlace,CG. Su frmula qumica es C4H5N3O y su nomenclatura 2-oxo, 4 aminopirimidina. Sumasa moleculares de 111,10unidades de masa atmica. La citosina se descubri en 1894, al aislarla del tejido deltimode carnero.

Adenina: 6-aminopurina. Adenina:En el cdigo gentico se representa con la letraA. Es un derivado de la purina con un grupo amino en la posicin 6. Forma el nuclesidoadenosina(desoxiadenosina en el ADN) y el nucletidoadenilatoo (desoxi)adenosina monofosfato (dAMP, AMP). En el ADN siempre seemparejacon la timina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrgeno,A=T. Su frmula qumica es C5H5N5y su nomenclatura 6-aminopurina. La adenina, junto con la timina, fue descubierta en 1885 por el mdico alemnAlbrecht Kossel.

Guanina: 6-oxo, 2-aminopurina. Guanina:En el cdigo gentico se representa con la letraG. Es un derivado prico con un grupo oxo en la posicin 6 y un grupo amino en la posicin 2. Forma el nuclesido (desoxi)guanosinay el nucletidoguanilatoo (desoxi)guanosina monofosfato (dGMP, GMP). La guanina siempre seemparejaen el ADN con la citosina de la cadena complementaria mediante tres enlaces de hidrgeno,GC. Su frmula qumica es C5H5N5O y su nomenclatura 6-oxo, 2-aminopurina.Tambin existen otras bases nitrogenadas (las llamadasbases nitrogenadas minoritarias), derivadas de forma natural o sinttica de alguna otra base mayoritaria. Lo son por ejemplo lahipoxantina, relativamente abundante en eltRNA, o lacafena, ambas derivadas de la adenina; otras, como elaciclovir, derivadas de la guanina, son anlogos sintticos usados en terapia antiviral; otras, como una de las derivadas del uracilo, son antitumorales.Las bases nitrogenadas tienen una serie de caractersticas que les confieren unas propiedades determinadas. Una caracterstica importante es su carcteraromtico, consecuencia de la presencia en el anillo de dobles enlaces en posicin conjugada. Ello les confiere la capacidad de absorber luz en la zonaultravioletadelespectroen torno a los 260nm, lo cual puede aprovecharse para determinar elcoeficiente de extincindel ADN y hallar la concentracin existente de los cidos nucleicos. Otra de sus caractersticas es que presentantautomeraoisomerade grupos funcionales, debido a que un tomo dehidrgenounido a otro tomo puede migrar a una posicin vecina; en las bases nitrogenadas se dan dos tipos de tautomeras: tautomeralactama-lactima, donde el hidrgeno migra del nitrgeno aloxgenodel grupo oxo (forma lactama) y viceversa (forma lactima), y tautomeraimina-aminaprimaria, donde el hidrgeno puede estar formando el grupo amina (forma amina primaria) o migrar al nitrgeno adyacente (forma imina). La adenina slo puede presentar tautomera amina-imina, la timina y el uracilo muestran tautomera doble lactama-lactima, y la guanina y citosina pueden presentar ambas. Por otro lado, y aunque se trate de molculasapolares, las bases nitrogenadas presentan suficiente carcterpolarcomo para establecerpuentes de hidrgeno, ya que tienen tomos muyelectronegativos(nitrgeno y oxgeno) que presentan carga parcial negativa, y tomos de hidrgeno con carga parcial positiva, de manera que se forman dipolos que permiten que se formen estosenlaces dbiles.Se estima que elgenoma humanohaploidetiene alrededor de 3000 millones de pares de bases. Para indicar el tamao de las molculas de ADN se indica el nmero de pares de bases, y como derivados hay dos unidades de medida muy utilizadas, lakilobase(kb), que equivale a 1000 pares de bases, y lamegabase(Mb), que equivale a un milln de pares de bases.Apareamiento de basesPar de bases

Un par de basesCGcon trespuentes de hidrgeno.

Un parA=Tcon dos puentes de hidrgeno. Los puentes de hidrgeno se muestran como lneas discontinuas.La dble hlice de ADN se mantiene estable mediante la formacin depuentes de hidrgenoentre las bases asociadas a cada una de las dos hebras. Para la formacin de unenlace de hidrgenouna de las bases debe presentar un "donador" de hidrgenos con un tomo de hidrgeno con carga parcial positiva (-NH2o -NH) y la otra base debe presentar un grupo "aceptor" de hidrgenos con un tomo cargadoelectronegativamente(C=O o N). Los puentes de hidrgeno son uniones ms dbiles que los tpicosenlaces qumicoscovalentes, como los que conectan los tomos en cada hebra de ADN, pero ms fuertes que interacciones hidrfobas individuales,enlaces de Van der Waals, etc. Como los puentes de hidrgeno no sonenlaces covalentes, pueden romperse y formarse de nuevo de forma relativamente sencilla. Por esta razn, las dos hebras de la doble hlice pueden separarse como una cremallera, bien por fuerza mecnica o por altatemperatura.28La doble hlice se estabiliza adems por el efectohidrofbicoy el apilamiento, que no se ven influidos por la secuencia de bases del ADN.29Cada tipo de base en una hebra forma un enlace nicamente con un tipo de base en la otra hebra, lo que se denominacomplementariedad de las bases. As, las purinas forman enlaces con las pirimidinas, de forma que A se enlaza slo con T, y C slo con G. La organizacin de dos nucletidos apareados a lo largo de la doble hlice se denominaapareamiento de bases. Este emparejamiento corresponde a la observacin ya realizada porErwin Chargaff(1905-2002),30que mostr que la cantidad de adenina era muy similar a la cantidad de timina, y que la cantidad de citosina era igual a la cantidad de guanina en el ADN. Como resultado de esta complementariedad, toda la informacin contenida en la secuencia de doble hebra de la hlice de ADN est duplicada en cada hebra, lo cual es fundamental durante el proceso de replicacin del ADN. En efecto, esta interaccin reversible y especfica entre pares de bases complementarias es crtica para todas las funciones del ADN en los organismos vivos.18Como se ha indicadoanteriormente, los dos tipos de pares de bases forman un nmero diferente de enlaces de hidrgeno: A=T forman dos puentes de hidrgeno, y CG forman tres puentes de hidrgeno (ver imgenes). El par de bases GC es por tanto ms fuerte que el par de bases AT. Como consecuencia, tanto el porcentaje de pares de bases GC como la longitud total de la doble hlice de ADN determinan la fuerza de la asociacin entre las dos hebras de ADN. Las dobles hlices largas de ADN con alto contenido en GC tienen hebras que interaccionan ms fuertemente que las dobles hlices cortas con alto contenido en AT.31Por esta razn, las zonas de la doble hlice de ADN que necesitan separarse fcilmente tienden a tener un alto contenido en AT, como por ejemplo la secuencia TATAAT de lacaja de Pribnowde algunospromotores.32En el laboratorio, la fuerza de esta interaccin puede medirse buscando la temperatura requerida para romper los puentes de hidrgeno, latemperatura de fusin(tambin denominado valorTm, del inglsmelting temperature). Cuando todas las pares de bases en una doble hlice se funden, las hebras se separan en solucin en dos hebras completamente independientes. Estas molculas de ADN de hebra simple no tienen una nica forma comn, sino que algunas conformaciones son ms estables que otras.33Otros tipos de pares de bases

Par de bases A=T de tipoWatson-Crick. En azul el donador de hidrgenos y en rojo el aceptor.

Par de bases A=T de tipoWatson-Crick reverso. En azul el donador de hidrgenos y en rojo el aceptor. Ntese que la pirimidina ha sufrido un giro de 180 sobre el eje del carbono 6.Existen diferentes tipos de pares de bases que se pueden formar segn el modo como se forman los puentes de hidrgeno. Los que se observan en la doble hlice de ADN son los llamados pares debases Watson-Crick, pero tambin existen otros posibles pares de bases, como los denominadosHoogsteenyWobbleu oscilante, que pueden aparecer en circunstancias particulares. Adems, para cada tipo existe a su vez el mismo par reverso, es decir, el que se da si se gira la base pirimidnica 180 sobre su eje.Watson-Crick(pares de bases de la doble hlice): los grupos de la base prica que intervienen en el enlace de hidrgeno son los que corresponden a las posiciones 1 y 6 (N aceptor y -NH2donador si la purina es una A) y los grupos de la base pirimidnica, los que se encuentran en las posiciones 3 y 4 (-NH donador y C=O aceptor si la pirimidina es una T). En el par de bases Watson-Crick reverso participaran los grupos de las posiciones 2 y 3 de la base pirimidnica (ver imgenes).Hoogsteen: en este caso cambian los grupos de la base prica, que ofrece una cara diferente (posiciones 6 y 7) y que forman enlaces con los grupos de las pirimidinas de las posiciones 3 y 4 (como en Watson-Crick). Tambin puede haber Hoogsteen reversos. Con este tipo de enlace pueden unirse A=U (Hoogsteen y Hoogsteen reverso) y A=C (Hoogsteen reverso).Wobbleu oscilante: este tipo de enlace permite que se unan guanina y citosina con un doble enlace (G=T). La base prica (G) forma enlace con los grupos de las posiciones 1 y 6 (como en Watson-Crick) y la pirimidina (T) con los grupos de las posiciones 2 y 3. Este tipo de enlace no funcionara con A=C, ya que quedaran enfrentados los 2 aceptores y los 2 donadores, y slo se podra dar en el caso inverso. Encontramos pares de bases de tipo oscilante en el ARN, durante el apareamiento decodnyanticodn. Con este tipo de enlace pueden unirse G=U (oscilante y oscilante reverso) y A=C (oscilante reverso).En total, en su forma tautomrica mayoritaria, existen 28 posibles pares de bases nitrogenadas: 10 posibles pares de bases purina-pirimidina (2 pares Watson-Crick y 2 Watson Crick reverso, 1 par Hoogsteen y 2 pares Hoogsteen reverso, 1 par oscilante y 2 pares oscilante reverso), 7 pares homo purina-purina (A=A, G=G), 4 pares A=G y 7 pares pirimidina-pirimidina. Esto sin contar con los pares de bases que pueden formarse si tambin tenemos en cuenta las otras formas tautomricas minoritarias de las bases nitrogenadas; stos, adems, pueden ser responsables demutaciones puntuales por sustitucinde tipotransicin.EstructuraEl ADN es unamolculabicatenaria, es decir, est formada por dos cadenas dispuestas de forma antiparalela y con las bases nitrogenadas enfrentadas. En su estructura tridimensional, se distinguen distintos niveles:3435Estructura primaria:Secuencia denucletidosencadenados. Es en estas cadenas donde se encuentra la informacin gentica, y dado que el esqueleto es el mismo para todos, la diferencia de la informacin radica en la distinta secuencia de bases nitrogenadas. Esta secuencia presenta un cdigo, que determina una informacin u otra, segn el orden de las bases.Estructura secundaria:Es unaestructura en doble hlice. Permite explicar el almacenamiento de la informacin gentica y el mecanismo de duplicacin del ADN. Fue postulada por Watson y Crick, basndose en la difraccin de rayos X que haban realizado Franklin y Wilkins, y en la equivalencia de bases de Chargaff, segn la cual la suma de adeninas ms guaninas es igual a la suma de timinas ms citosinas.Es una cadena doble, dextrgira olevgira, segn el tipo de ADN. Ambas cadenas son complementarias, pues la adenina y la guanina de una cadena se unen, respectivamente, a la timina y la citosina de la otra. Ambas cadenas son antiparalelas, pues el extremo 3 de una se enfrenta al extremo 5 de la homloga.Existen tres modelos de ADN. El ADN de tipo B es el ms abundante y es el que tiene la estructura descrita por Watson y Crick.Estructura terciaria:Se refiere a cmo se almacena el ADN en un espacio reducido, para formar loscromosomas. Vara segn se trate de organismosprocariotasoeucariotas:Enprocariotasel ADN se pliega como una sper-hlice, generalmente en forma circular y asociada a una pequea cantidad de protenas. Lo mismo ocurre enorgnuloscelulares como lasmitocondriasy en loscloroplastos.Eneucariotas, dado que la cantidad de ADN de cadacromosomaes muy grande, el empaquetamiento ha de ser ms complejo y compacto; para ello se necesita la presencia de protenas, como lashistonasyotras protenasde naturaleza no histnica (en losespermatozoidesestas protenas son lasprotaminas).34Estructura cuaternaria:Lacromatinapresente en el ncleo tiene un grosor de 300 , pues la fibra de cromatina de 100 se enrolla formando una fibra de cromatina de 300 . El enrollamiento de losnucleosomasrecibe el nombre de solenoide. Dichos solenoides se enrollan formando la cromatina del ncleo interfsico de laclula eucariota. Cuando la clula entra en divisin, el ADN se compacta ms, formando as loscromosomas.Estructuras en doble hliceEl ADN existe en muchas conformaciones.27Sin embargo, en organismos vivos slo se han observado las conformacionesADN-A,ADN-ByADN-Z. La conformacin que adopta el ADN depende de su secuencia, la cantidad y direccin desuperenrollamientoque presenta, la presencia demodificaciones qumicasen las bases y las condiciones de la solucin, tales como la concentracin deionesdemetalesypoliaminas.36De las tres conformaciones, la forma "B" es la ms comn en las condiciones existentes en las clulas.37Las dos dobles hlices alternativas del ADN difieren en su geometra y dimensiones.La forma "A" es una espiral que gira hacia la derecha, ms amplia que la "B", con una hendidura menor superficial y ms amplia, y una hendidura mayor ms estrecha y profunda. La forma "A" ocurre en condiciones no fisiolgicas en formas deshidratadas de ADN, mientras que en la clula puede producirse en apareamientos hbridos de hebras ADN-ARN, adems de en complejos enzima-ADN.3839Los segmentos de ADN en los que las bases han sido modificadas pormetilacinpueden sufrir cambios conformacionales mayores y adoptar la forma "Z". En este caso, las hebras giran alrededor del eje de la hlice en una espiral que gira a mano izquierda, lo opuesto a la forma "B" ms frecuente.40Estas estructuras poco frecuentes pueden ser reconocidas por protenas especficas que se unen a ADN-Z y posiblemente estn implicadas en la regulacin de latranscripcin.41Estructuras en cudruplexEn los extremos de los cromosomas lineales existen regiones especializadas de ADN denominadastelmeros. La funcin principal de estas regiones es permitir a la clula replicar los extremos cromosmicos utilizando la enzimatelomerasa, puesto que las enzimas que replican el resto del ADN no pueden copiar los extremos 3' de los cromosomas.43Estas terminaciones cromosmicas especializadas tambin protegen los extremos del ADN, y evitan que los sistemas dereparacin del ADNen la clula los procesen como ADN daado que debe ser corregido.44En las clulas humanas, los telmeros son largas zonas de ADN de hebra sencilla que contienen algunos miles de repeticiones de una nica secuencia TTAGGG.45Estas secuencias ricas en guanina pueden estabilizar los extremos cromosmicos mediante la formacin de estructuras de juegos apilados de unidades de cuatro bases, en lugar de los pares de bases encontrados normalmente en otras estructuras de ADN. En este caso, cuatro bases guanina forman unidades con superficie plana que se apilan una sobre otra, para formar una estructura cudruple-G estable.46Estas estructuras se estabilizan formandopuentes de hidrgenoentre los extremos de las bases y laquelatacinde un metal inico en el centro de cada unidad de cuatro bases.47Tambin se pueden formar otras estructuras, con el juego central de cuatro bases procedente, o bien de una hebra sencilla plegada alrededor de las bases, o bien de varias hebras paralelas diferentes, de forma que cada una contribuye con una base a la estructura central.Adems de estas estructuras apiladas, lostelmerostambin forman largas estructuras en lazo, denominadas lazos telomricos o lazos-T (T-loopsen ingls). En este caso, las hebras simples de ADN se enroscan sobre s mismas en un amplio crculo estabilizado por protenas que se unen a telmeros.48En el extremo del lazo T, el ADN telomrico de hebra sencilla se sujeta a una regin de ADN de doble hebra porque la hebra de ADN telomrico altera la doble hlice y se aparea a una de las dos hebras. Esta estructura de triple hebra se denominalazo de desplazamientoolazo D(D-loop).46Hendiduras mayor y menor

Doble hlice: a) Dextrgira, b) Levgira.Ladoble hlicees una espiraldextrgira, esto es, cada una de las cadenas denucletidosgira a derechas; esto puede verificarse si nos fijamos, yendo de abajo a arriba, en la direccin que siguen los segmentos de las hebras que quedan en primer plano. Si las dos hebras giran a derechas se dice que la doble hlice es dextrgira, y si giran a izquierdas,levgira(esta forma puede aparecer en hlices alternativas debido a cambios conformacionales en el ADN). Pero en la conformacin ms comn que adopta el ADN, la doble hlice es dextrgira, girando cada par de bases respecto al anterior unos 36.50Cuando las dos hebras de ADN se enrollan una sobre la otra (sea a derechas o a izquierdas), se forman huecos o hendiduras entre una hebra y la otra, dejando expuestos los laterales de lasbases nitrogenadasdel interior (ver la animacin). En la conformacin ms comn que adopta el ADN aparecen, como consecuencia de los ngulos formados entre losazcaresde ambas cadenas de cada par de bases nitrogenadas, dos tipos de hendiduras alrededor de la superficie de la doble hlice: una de ellas, la hendidura o surco mayor, que mide 22(2,2nm) de ancho, y la otra, la hendidura o surco menor, que mide 12 (1,2 nm) de ancho.51Cada vuelta de hlice, que es cuando sta ha realizado un giro de 360 o lo que es lo mismo, de principio de hendidura mayor a final de hendidura menor, medir por tanto 34 , y en cada una de esas vueltas hay unos 10,5pb.

Hendiduras mayor y menor de la doble hlice.La anchura de la hendidura mayor implica que los extremos de las bases son ms accesibles en sta, de forma que la cantidad de grupos qumicos expuestos tambin es mayor lo cual facilita la diferenciacin entre los pares de bases A-T, T-A, C-G, G-C. Como consecuencia de ello, tambin se ver facilitado el reconocimiento de secuencias de ADN por parte de diferentesprotenassin la necesidad de abrir la doble hlice. As, protenas como losfactores de transcripcinque pueden unirse a secuencias especficas, frecuentemente contactan con los laterales de las bases expuestos en la hendidura mayor.52Por el contrario, los grupos qumicos que quedan expuestos en la hendidura menor son similares, de forma que el reconocimiento de los pares de bases es ms difcil; por ello se dice que la hendidura mayor contiene ms informacin que la hendidura menor.Sentido y antisentidoUna secuencia de ADN se denomina "sentido" (en ingls,sense) si su secuencia es la misma que la secuencia de unARN mensajeroque se traduce en una protena. La secuencia de la hebra de ADN complementaria se denomina"antisentido"(antisense). En ambas hebras de ADN de la doble hlice pueden existir tanto secuenciassentido, que codifican ARNm, comoantisentido, que no lo codifican. Es decir, las secuencias que codifican ARNm no estn todas presentes en una sola de las hebras, sino repartidas entre las dos hebras. Tanto enprocariotascomo eneucariotasse producen ARN con secuenciasantisentido, pero la funcin de esos ARN no est completamente clara.53Se ha propuesto que los ARNantisentidoestn implicados en la regulacin de laexpresin gnicamediante apareamiento ARN-ARN: los ARNantisentidose aparearan con los ARNm complementarios, bloqueando de esta forma sutraduccin.54En unas pocas secuencias de ADN en procariotas y eucariotas (este hecho es ms frecuente enplsmidosyvirus), la distincin entre hebrassentidoyantisentidoes ms difusa, debido a que presentan genes superpuestos.55En estos casos, algunas secuencias de ADN tienen una funcin doble, codificando una protena cuando se lee a lo largo de una hebra, y una segunda protena cuando se lee en la direccin contraria a lo largo de la otra hebra. Enbacterias, esta superposicin puede estar involucrada en la regulacin de latranscripcindel gen,56mientras que en virus los genes superpuestos aumentan la cantidad de informacin que puede codificarse en sus diminutos genomas.57SuperenrollamientoEl ADN puede retorcerse como una cuerda en un proceso que se denominasuperenrollamiento del ADN(supercoiling, en ingls). Cuando el ADN est en un estado "relajado", una hebra normalmente gira alrededor del eje de la doble hlice una vez cada 10,4 pares de bases, pero si el ADN est retorcido las hebras pueden estar unidas ms estrechamente o ms relajadamente.58Si el ADN est retorcido en la direccin de la hlice, se dice que el superenrollamiento es positivo, y las bases se mantienen juntas de forma ms estrecha. Si el ADN se retuerce en la direccin opuesta, el superenrollamiento se llama negativo, y las bases se alejan. En la naturaleza, la mayor parte del ADN tiene un ligero superenrollamiento negativo que es producido porenzimasdenominadastopoisomerasas.59Estas enzimas tambin son necesarias para liberar las fuerzas de torsin introducidas en las hebras de ADN durante procesos como latranscripciny lareplicacin.60Modificaciones qumicas

citosina5-metil-citosinatimina

Estructura de la citosina con y sin el grupometilo. Tras la desaminacin, la 5-metil-citosina tiene la misma estructura que la timina.Modificaciones de bases del ADN La expresin de los genes est influenciada por la forma en la que el ADN est empaquetado en cromosomas, en una estructura denominadacromatina. Las modificaciones de bases pueden estar implicadas en el empaquetamiento del ADN: las regiones que presentan una expresin gnica baja o nula normalmente contienen niveles altos demetilacinde las basescitosina. Por ejemplo, la metilacin de citosina produce 5-metil-citosina, que es importante para la inactivacin delcromosoma X.61El nivel medio de metilacin vara entre organismos: el gusanoCaenorhabditis eleganscarece de metilacin de citosina, mientras que losvertebradospresentan un nivel alto - hasta 1% de su ADN contiene 5-metil-citosina.62A pesar de la importancia de la 5-metil-citosina, sta puede desaminarsepara generar una base timina. Las citosinas metiladas son por tanto particularmente sensibles amutaciones.63Otras modificaciones de bases incluyen la metilacin deadeninaenbacteriasy laglicosilacindeuracilopara producir la "base-J" enkinetoplastos.6465Funciones biolgicasLas funciones biolgicas del ADN incluyen el almacenamiento de informacin (genes y genoma), la codificacin de protenas (transcripcin y traduccin) y su autoduplicacin (replicacin del ADN) para asegurar la transmisin de la informacin a las clulas hijas durante la divisin celular.Genes y genomaEl ADN se puede considerar como un almacn cuyo contenido es la informacin (mensaje) necesaria para construir y sostener el organismo en el que reside, la cual se transmite de generacin en generacin. El conjunto de informacin que cumple esta funcin en un organismo dado se denominagenoma, y el ADN que lo constituye, ADN genmico.El ADN genmico (que se organiza en molculas decromatinaque a su vez se ensamblan encromosomas) se encuentra en elncleo celularde loseucariotas, adems de pequeas cantidades en lasmitocondriasycloroplastos. Enprocariotas, el ADN se encuentra en un cuerpo de forma irregular denominadonucleoide.76El ADN codificante

ARN polimerasa T7(azul) produciendo un ARNm (verde) a partir de un molde de ADN (naranja).77Vase tambin:GenLa informacin gentica de ungenomaest contenida en losgenes, y al conjunto de toda la informacin que corresponde a un organismo se le denomina sugenotipo. Un gen es una unidad deherenciay es una regin de ADN que influye en una caracterstica particular de un organismo (como el color de los ojos, por ejemplo). Los genes contienen un "marco de lectura abierto" (open reading frame) que puede transcribirse, adems desecuencias reguladoras, tales comopromotoresyenhancers, que controlan la transcripcin del marco de lectura abierto.Desde este punto de vista, lasobrerasde este mecanismo son las protenas. Estas pueden serestructurales, como las protenas de losmsculos,cartlagos, pelo, etc., ofuncionales, como lahemoglobinao las innumerablesenzimasdel organismo. La funcin principal de la herencia es la especificacin de las protenas, siendo el ADN una especie deplanoorecetapara producirlas. La mayor parte de las veces la modificacin del ADN provocar una disfuncin proteica que dar lugar a la aparicin de algunaenfermedad. Pero en determinadas ocasiones, las modificaciones podrn provocar cambios beneficiosos que darn lugar a individuos mejor adaptados a su entorno.Las aproximadamente treinta mil protenas diferentes en el cuerpo humano estn constituidas por veinteaminocidosdiferentes, y una molcula de ADN debe especificar la secuencia en que se unen dichos aminocidos.En el proceso de elaborar una protena, el ADN de un gen se lee y se transcribe aARN. Este ARN sirve como mensajero entre el ADN y lamaquinariaque elaborar las protenas y por eso recibe el nombre deARN mensajeroo ARNm. El ARN mensajero sirve de molde a la maquinaria que elabora las protenas, para que ensamble los aminocidos en el orden preciso paraarmar la protena.Eldogma central de la biologa molecularestableca que el flujo de actividad y de informacin era: ADN ARN protena. No obstante, en la actualidad ha quedado demostrado que este "dogma" debe ser ampliado, pues se han encontrado otros flujos de informacin: en algunos organismos (virus de ARN) la informacin fluye de ARN a ADN; este proceso se conoce como "transcripcin inversa o reversa", tambin llamada "retrotranscripcin". Adems, se sabe que existen secuencias de ADN que se transcriben a ARN y son funcionales como tales, sin llegar a traducirse nunca a protena: son losARN no codificantes, como es el caso de losARN interferentes.3435El ADN no codificante[editar]El ADN del genoma de un organismo puede dividirse conceptualmente en dos: el que codifica las protenas (los genes) y el que no codifica. En muchasespecies, slo una pequea fraccin delgenomacodifica protenas. Por ejemplo, slo alrededor del 1,5% del genoma humano consiste enexonesque codifican protenas (20.000 a 25.000 genes), mientras que ms del 90% consiste en ADN no codificante.78El ADN no codificante (tambin denominadoADN basuraojunk DNA) corresponde a secuencias del genoma que no generan una protena (procedentes de transposiciones, duplicaciones, translocaciones y recombinaciones de virus, etc.), incluyendo losintrones. Hasta hace poco tiempo se pensaba que el ADN no codificante no tena utilidad alguna, pero estudios recientes indican que eso es inexacto. Entre otras funciones, se postula que el llamado "ADN basura" regula laexpresin diferencial de los genes.79Por ejemplo, algunas secuencias tienen afinidad hacia protenas especiales que tienen la capacidad de unirse al ADN (como loshomeodominios, los complejos receptores de hormonas esteroides, etc.), con un papel importante en el control de los mecanismos de trascripcin y replicacin. Estas secuencias se llaman frecuentemente "secuencias reguladoras", y los investigadores suponen que slo se ha identificado una pequea fraccin de las que realmente existen. La presencia de tanto ADN no codificante en genomas eucariticos y las diferencias en tamao del genoma entre especies representan un misterio que es conocido como el "enigma del valor de C".80Recientemente, un grupo de investigadores de laUniversidad de Yaleha descubierto una secuencia de ADN no codificante que sera la responsable de que los seres humanos hayan desarrollado la capacidad de agarrar y/o manipular objetos o herramientas.81Por otro lado, algunas secuencias de ADN desempean un papel estructural en los cromosomas: lostelmerosycentrmeroscontienen pocos o ningn gen codificante de protenas, pero son importantes para estabilizar la estructura de los cromosomas. Algunos genes no codifican protenas, pero s se transcriben en ARN:ARN ribosmico,ARN de transferenciayARN de interferencia(ARNi, que son ARN que bloquean la expresin de genes especficos). La estructura de intrones y exones de algunos genes (como los deinmunoglobulinasyprotocadherinas) son importantes por permitir loscortes y empalmes alternativosdel pre-ARN mensajeroque hacen posible la sntesis de diferentes protenas a partir de un mismo gen (sin esta capacidad no existira el sistema inmune, por ejemplo). Algunas secuencias de ADN no codificante representanpseudogenesque tienen valor evolutivo, ya que permiten la creacin de nuevos genes con nuevas funciones.35Otros ADN no codificantes proceden de la duplicacin de pequeas regiones del ADN; esto tiene mucha utilidad, ya que el rastreo de estas secuencias repetitivas permite estudios defilogenia.Transcripcin y traduccinEn ungen, la secuencia de nucletidos a lo largo de una hebra de ADN setranscribea unARN mensajero(ARNm) y esta secuencia a su vez setraducea unaprotenaque un organismo es capaz de sintetizar o "expresar" en uno o varios momentos de su vida, usando la informacin de dicha secuencia.La relacin entre la secuencia de nucletidos y la secuencia deaminocidosde la protena viene determinada por elcdigo gentico, que se utiliza durante el proceso de traduccin osntesis de protenas. La unidad codificadora del cdigo gentico es un grupo de tres nucletidos (triplete), representado por las tres letras iniciales de las bases nitrogenadas (por ej., ACT, CAG, TTT). Los tripletes del ADN se transcriben en sus bases complementarias en el ARN mensajero, y en este caso los tripletes se denominancodones(para el ejemplo anterior, UGA, GUC, AAA). En el ribosoma cada codn del ARN mensajero interacciona con una molcula deARN de transferencia(ARNt otRNA) que contenga el triplete complementario, denominado anticodn. Cada ARNt porta el aminocido correspondiente al codn de acuerdo con elcdigo gentico, de modo que el ribosoma va uniendo los aminocidos para formar una nueva protena de acuerdo con las "instrucciones" de la secuencia del ARNm. Existen 64 codones posibles, por lo cual corresponde ms de uno para cada aminocido (por esta duplicidad de codones se dice que el cdigo gentico es un cdigo degenerado: no es unvoco); algunos codones indican la terminacin de la sntesis, el fin de la secuencia codificante; estoscodones de terminacinocodones de paradason UAA, UGA y UAG (en ingls,nonsense codonsostop codons).34Replicacin del ADN

Esquema representativo de la replicacin del ADN.La replicacin del ADN es el proceso por el cual se obtienen copias o rplicas idnticas de una molcula de ADN. La replicacin es fundamental para la transferencia de la informacin gentica de una generacin a la siguiente y, por ende, es la base de laherencia. El mecanismo consiste esencialmente en la separacin de las dos hebras de la doble hlice, las cuales sirven de molde para la posterior sntesis de cadenas complementarias a cada una de ellas, que llevar por nombre ARNm. El resultado final son dos molculas idnticas a la original. Este tipo de replicacin se denominasemiconservativadebido a que cada una de las dos molculas resultantes de la duplicacin presenta una cadena procedente de la molcula "madre" y otra recin sintetizada.Hiptesis sobre la duplicacin del ADN Semiconservativa: Segn el experimento de Meselson-Stahl, cada hebra sirve de molde para que se forme una hebra nueva, mediante la complentariedad de bases, quedando al final dos dobles hlices formadas por una hebra antigua (molde) y una nueva hebra (copia). Conservativa: Tras la duplicacin quedaran las dos hebras antiguas juntas y, por otro lado, las dos hebras nuevas formando una doble hlice. Dispersiva: Segn esta hiptesis, las hebras resultantes estaran formadas por fragmentos en doble hlice ADN antiguo y ADN recin sintetizado.Interacciones ADN-protena[editar]Todas las funciones del ADN dependen de sus interacciones con protenas. Estas interacciones pueden ser inespecficas, o bien la protena puede unirse de forma especfica a una nica secuencia de ADN. Tambin pueden unirse enzimas, entre las cuales son particularmente importantes las polimerasas, que copian las secuencia de bases del ADN durante la transcripcin y la replicacin.Protenas que unen ADNInteracciones inespecficasLas protenas estructurales que se unen al ADN son ejemplos bien conocidos de interacciones inespecficas ADN-protenas. En los cromosomas, el ADN se encuentra formando complejos con protenas estructurales. Estas protenas organizan el ADN en una estructura compacta denominadacromatina. Eneucariotasesta estructura implica la unin del ADN a un complejo formado por pequeas protenas bsicas denominadashistonas, mientras que enprocariotasestn involucradas una gran variedad de protenas.8283Las histonas forman un complejo de forma cilndrica denominadonucleosoma, en torno al cual se enrollan casi dos vueltas de ADN de doble hlice. Estas interacciones inespecficas quedan determinadas por la existencia de residuos bsicos en las histonas, que formanenlaces inicoscon el esqueleto de azcar-fosfato del ADN y, por tanto, son en gran parte independientes de la secuencia de bases.84Estos aminocidos bsicos experimentan modificaciones qumicas demetilacin,fosforilacinyacetilacin,85que alteran la fuerza de la interaccin entre el ADN y las histonas, haciendo al ADN ms o menos accesible a losfactores de transcripciny por tanto modificando la tasa de transcripcin.86Otras protenas que se unen a ADN de manera inespecfica en la cromatina incluyen lasprotenas del grupo de alta movilidad(HMG,High Mobility Group) que se unen a ADN plegado o distorsionado.87Estas protenas son importantes durante el plegamiento de los nucleosomas, organizndolos en estructuras ms complejas para constituir los cromosomas88durante el proceso decondensacin cromosmica. Se ha propuesto que en este proceso tambin intervendran otras protenas, formando una especie de "andamio" sobre el cual se organiza la cromatina; los principales componentes de esta estructura seran la enzimatopoisomerasaII (topoIIalpha) y lacondensina13S.89Sin embargo, el papel estructural de latopoIIalphaen la organizacin de los cromosomas an es discutido, ya que otros grupos argumentan que esta enzima se intercambia rpidamente tanto en los brazos cromosmicos como en loscinetocorosdurante lamitosis.90Interacciones especficasUn grupo bien definido de protenas que unen ADN es el conformado por las protenas que se unen especficamente aADN monocatenariooADN de hebra sencilla(ssDNA). En humanos, la protena A de replicacin es la mejor conocida de su familia y acta en procesos en los que la doble hlice se separa, como lareplicacin del ADN, larecombinacino lareparacin del ADN.91Estas protenas parecen estabilizar el ADN monocatenario, protegindolo para evitar que forme estructuras de tallo-lazo(stem-loop)o que sea degradado pornucleasas.

El factor de transcripcin represor delfago lambdaunido a su ADN diana mediante un motivo hlice-giro-hlice(helix-turn-helix).92Sin embargo, otras protenas han evolucionado para unirse especficamente a secuencias particulares de ADN. La especificidad de la interaccin de las protenas con el ADN procede de los mltiples contactos con las bases de ADN, lo que les permite "leer" la secuencia del ADN. La mayora de esas interacciones con las bases ocurre en lahendidura mayor, donde las bases son ms accesibles.93Las protenas especficas estudiadas con mayor detalle son las encargadas de regular la transcripcin, denominadas por ellofactores de transcripcin. Cada factor de transcripcin se une a una secuencia concreta de ADN y activa o inhibe la transcripcin de los genes que presentan estas secuencias prximas a sus promotores. Los factores de transcripcin pueden efectuar esto de dos formas: En primer lugar, pueden unirse a la polimerasa de ARN responsable de la transcripcin, bien directamente o a travs de otras protenas mediadoras. De esta forma. se estabiliza la unin entre la ARN polimerasa y el promotor, lo que permite el inicio de la transcripcin.94 En segundo lugar, los factores de transcripcin pueden unirse aenzimasque modifican las histonas del promotor, lo que altera la accesibilidad del molde de ADN a la ARN polimerasa.95Como los ADN diana pueden encontrarse por todo elgenomadel organismo, los cambios en la actividad de un tipo de factor de transcripcin pueden afectar a miles de genes.96En consecuencia, estas protenas son frecuentemente las dianas de los procesos detransduccin de sealesque controlan las respuestas a cambios ambientales o diferenciacin y desarrollo celular.

Laenzima de restriccinEcoRV(verde) formando un complejo con su ADN diana.97Enzimas que modifican el ADNNucleasas y ligasasLasnucleasassonenzimasque cortan las hebras de ADN mediante lacatlisisde lahidrlisisde losenlaces fosfodister. Las nucleasas que hidrolizannucletidosa partir de los extremos de las hebras de ADN se denominanexonucleasas, mientras que lasendonucleasascortan en el interior de las hebras. Las nucleasas que se utilizan con mayor frecuencia enbiologa molecularson lasenzimas de restriccin, endonucleasas que cortan el ADN por determinadas secuencias especficas. Por ejemplo, la enzimaEcoRV, que se muestra a la izquierda, reconoce la secuencia de 6 bases 5-GAT|ATC-3, y hace un corte en ambas hebras en la lnea vertical indicada, generando dos molculas de ADN con los extremos romos. Otras enzimas de restriccin generan sin embargo extremos cohesivos, ya que cortan de forma diferente las dos hebras de ADN. En la naturaleza, estas enzimas protegen a lasbacteriascontra las infecciones defagos, al digerir el ADN de dicho fago cuando entra a travs de la pared bacteriana, actuando como un mecanismo de defensa.98Enbiotecnologa, estas nucleasas especficas de la secuencias de ADN se utilizan eningeniera genticaparaclonarfragmentos de ADN y en la tcnica dehuella gentica.Las enzimas denominadasADN ligasaspueden reunir hebras de ADN cortadas o rotas.99Las ligasas son particularmente importantes en lareplicacinde la hebra que sufre replicacin discontinua en el ADN, ya que unen los fragmentos cortos de ADN generados en lahorquilla de replicacinpara formar una copia completa del molde de ADN. Tambin se utilizan en lareparacin del ADNy en procesos derecombinacin gentica.99Topoisomerasas y helicasasLastopoisomerasasson enzimas que poseen a la vez actividad nucleasa y ligasa. Estas protenas varan la cantidad deADN superenrollado. Algunas de estas enzimas funcionan cortando la hlice de ADN y permitiendo que una seccin rote, de manera que reducen el grado de superenrollamiento. Una vez hecho esto, la enzima vuelve a unir los fragmentos de ADN.59Otros tipos de enzimas son capaces de cortar una hlice de ADN y luego pasar la segunda hebra de ADN a travs de la rotura, antes de reunir las hlices.100Las topoisomerasas son necesarias para muchos procesos en los que interviene el ADN, como lareplicacin del ADNy latranscripcin.60Lashelicasasson unas protenas que pertenecen al grupo de losmotores moleculares. Utilizan energa qumica almacenada en los nuclesidos trifosfatos, fundamentalmenteATP, para romper puentes de hidrgeno entre bases y separar la doble hlice de ADN en hebras simples.101Estas enzimas son esenciales para la mayora de los procesos en los que las enzimas necesitan acceder a las bases del ADN.PolimerasasLaspolimerasassonenzimasque sintetizan cadenas de nucletidos a partir de nuclesidos trifosfatos. La secuencia de sus productos son copias de cadenas de polinucletidos existentes, que se denominanmoldes. Estas enzimas funcionan aadiendo nucletidos al grupohidroxiloen 3' del nucletido previo en una hebra de ADN. En consecuencia, todas las polimerasas funcionan en direccin 5 --> 3.102En lossitios activosde estas enzimas, el nuclesido trifosfato que se incorpora aparea su base con la correspondiente en el molde: esto permite que la polimerasa sintentice de forma precisa la hebra complementaria al molde.Las polimerasas se clasifican de acuerdo al tipo de molde que utilizan: En lareplicacin del ADN, unaADN polimerasa dependiente de ADNrealiza una copia de ADN a partir de una secuencia de ADN. La precisin es vital en este proceso, por lo que muchas de estas polimerasas tienen una actividad de verificacin de la lectura (proofreading). Mediante esta actividad, la polimerasa reconoce errores ocasionales en la reaccin de sntesis, debido a la falta de apareamiente entre el nucletido errneo y el molde, lo que genera un desacoplamiento (mismatch). Si se detecta un desacoplamiento, se activa una actividadexonucleasaen direccin 3 --> 5 y la base incorrecta se elimina.103En la mayora de los organismos las ADN polimerasas funcionan en un gran complejo denominadoreplisoma, que contiene mltiples unidades accesorias, comohelicasas.104 LasADN polimerasas dependientes de ARNson una clase especializada de polimerasas que copian la secuencia de una hebra de ARN en ADN. Incluyen latranscriptasa inversa, que es una enzimaviralimplicada en la infeccin de clulas porretrovirus, y latelomerasa, que es necesaria para la replicacin de los telmeros.10543La telomerasa es una polimerasa inusual, porque contiene su propio molde de ARN como parte de su estructura.44 Latranscripcinse lleva a cabo por unaARN polimerasa dependiente de ADNque copia la secuencia de una de las hebras de ADN en ARN. Para empezar a transcribir un gen, la ARN polimerasa se une a una secuencia del ADN denominadapromotor, y separa las hebras del ADN. Entonces copia la secuencia del gen en un transcrito deARN mensajerohasta que alcanza una regin de ADN denomimadaterminador, donde se detiene y se separa del ADN. Como ocurre con las ADN polimerasas dependientes de ADN en humanos, la ARN polimerasa II (la enzima que transcribe la mayora de los genes del genoma humano) funciona como un gran complejo multiproteico que contiene mltiples subunidades reguladoras y accesorias.106Recombinacin gentica

Estructura de un intermedio enunin de Hollidayen larecombinacin gentica. Las cuatro hebras de ADN separadas estn coloreadas en rojo, azul, verde y amarillo.107

La recombinacin implica la rotura y reunin de dos cromosomas homlogos (M y F) para producir dos cromosomas nuevos reorganizados (C1 y C2).Una hlice de ADN normalmente no interacciona con otros segmentos de ADN, y en las clulas humanas los diferentes cromosomas incluso ocupan reas separadas en elncleo celulardenominadas territorios cromosmicos.108La separacin fsica de los diferentes cromosomas es importante para que el ADN mantenga su capacidad de funcionar como un almacn estable de informacin. Uno de los pocos momentos en los que los cromosomas interaccionan es durante elsobrecruzamiento cromosmico(chromosomal crossover), durante el cual serecombinan. El sobrecruzamiento cromosmico ocurre cuando dos hlices de ADN se rompen, se intercambian y se unen de nuevo.La recombinacin permite a los cromosomas intercambiar informacin gentica y produce nuevas combinaciones de genes, lo que aumenta la eficiencia de laseleccin naturaly puede ser importante en la evolucin rpida de nuevas protenas.109Durante la profase I de lameiosis, una vez que los cromosomas homlogos estn perfectamente apareados formando estructuras llamadas bivalentes, se produce el fenmeno de sobrecruzamiento o entrecruzamiento(crossing-over), en el cual las cromtidas homlogas no hermanas (procedentes del padre y de la madre) intercambian material gentico. La recombinacin gentica resultante hace aumentar en gran medida la variacin gentica entre la descendencia de progenitores que se reproducen por va sexual. La recombinacin gentica tambin puede estar implicada en lareparacin del ADN, en particular en la respuesta celular a las roturas de doble hebra(double-strand breaks).110La forma ms frecuente de sobrecruzamiento cromosmico es larecombinacin homloga, en la que los dos cromosomas implicados comparten secuencias muy similares. La recombinacin no-homloga puede ser daina para las clulas, ya que puede producirtranslocaciones cromosmicasy anomalas genticas. La reaccin de recombinacin est catalizada por enzimas conocidas comorecombinasas, tales comoRAD51.111El primer paso en el proceso de recombinacin es una rotura de doble hebra, causada bien por una endonucleasao por dao en el ADN.112Posteriormente, una serie de pasos catalizados en parte por la recombinasa, conducen a la unin de las dos hlices formando al menos unaunin de Holliday, en la que un segmento de una hebra simple es anillado con la hebra complementaria en la otra hlice. La unin de Holliday es una estructura de unin tetrahdrica que puede moverse a lo largo del par de cromosomas, intercambiando una hebra por otra. La reaccin de recombinacin se detiene por el corte de la unin y la reunin de los segmentos de ADN liberados.