El ADN como soporte de la información genética

Hoy día, es de conocimiento común que el ADN es la molécula más importante de la vida, puesto que contiene toda la información genética que determina las características de un organismo vivo.

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Sin embargo, hace más de sesenta años, no se conocía ni su estructura. El descubrimiento de ésta se debe en gran parte al trabajo de Rosalind Franklin que, en el año 1952, tomó una fotografía con rayos X de una fibra cristalina de ADN (que se ve en el costado derecho; credits:  Source), la cual evidencia su estructura helicoidal [1]. Conocida como la Fotografía 51, este trabajo permitió a los científicos James Watson y Francis Crick terminar de dilucidar la estructura tridimensional del ADN,  por la cual recibieron un premio Nobel en 1962 junto con Maurice Wilkins. [1, 2].

En su publicación en 1953 [3], Watson y Crick definen, entre otras cosas que:

1. El ADN tiene la estructura de una doble hélice
2. Cada hebra está compuesta de nucleótidos que contienen:
* Un grupo fosfato orientado hacia el exterior de la fibra de ADN
* Un grupo desoxirriboso
* Una base nitrogenada perpendicular al eje de la fibra
3. Estas bases son al origen de la interacción de ambas hebras  de ADN
4. Existen cuatro bases nitrogenadas distintas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T)
5. Las adeninas y timinas se pueden aparear, de la misma forma la guanina con la citosina
6. Las dos hebras contienen la misma información genética, pero están escritas en direcciones opuestas.

La Figura 1 explicita los puntos anteriores.

Figura 1 – Esquema de la estructura general del ADN. Se aprecian las dos hebras helicoidales mantenidas entre ellas por interacción de las bases nitrogenadas G – C y A – T, respectivamente. Si estas bases quedan adentro de la fibra de ADN, los grupos azúcar – fosfato quedan expuestos hacia afuera de la doble hélice (en negro). Fuente: Roland1952, CC BY-SA 3.0.

Si bien desde ese momento se supo la estructura de la molécula soporte de la información genética, recién a partir de los años 1960 se logró descifrar el Código Genético [4, 5], es decir, a encontrar el significado de las combinaciones de nucleótidos y por ende el mensaje codificado en los distintos genes que componen el ADN. Cabe destacar que desde ya se ocupa la palabra “código” para referirse a la manera con la cual la información genética de todos los organismos es almacenada. Efectivamente, de la misma forma que un computador está programado por un código binario basado en ceros y unos, una célula está “programada” por el código cuaternario de 4 moléculas A, T, G y C que es el ADN.

El ADN es el soporte universal de la información genética, es decir, se encuentra en todos los organismos vivos, sean procariontes o eucariontes.

En el caso de los procariontes, como se vio en la unidad anterior, el ADN está suelto en el citoplasma de las células y tiene una estructura circular. Para no ocupar tanto espacio, el ADN se encuentra superenrollado sobre si mismo, lo que le confiere un forma mucho más compacta [6], como se puede ver en la Figura 2.

bacteria anotada 2Figura 2 – Estructura interna de una bacteria. El ADN se encuentra compactado por superenrollamiento pero suelto en el citoplasma.

Los organismos procariontes poseen una gran variabilidad en el tamaño de sus genomas. Una de las bacterias más famosas, Escherichia coli, tiene un tamaño de 4.200 kpb (4,2 millones de pares de bases nitrogenadas) pero otras tienen tamaños de más de 10.000 kbp [7].

Los eucariontes compactan el ADN de forma distinta, pues poseen proteínas llamadas histonas que sirven de soporte para que se enrolle el ADN. Además, existen varios grados de enrollamiento del ADN en diversas estructuras cuya más compacta es el cromosoma, como se resume en la Figura 3.

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Figura 3 – Grados de enrollamiento del ADN en células eucariontes. La doble hélice se enrolla alrededor de las histonas. Cada octamero de histonas conforma un nucleosoma y éstos conforman la cromatina que puede llegar a plegarse en cromosomas, que son la estructura más compacta del ADN. (Fuente)

Todos los organismos poseen ADN, incluso los virus que no son considerados como vivos por no poder replicarse por ellos mismos. Necesitan una célula huésped que infectan. Por este proceso, le transfieren su material genético que contiene todas las instrucciones para producir replicas del virus. Cuando hay demasiadas copias de virus dentro de la célula, esta explota y los nuevos virus se liberan, en busca de otras células a infectar. Los virus tienen un material genético que puede ser ADN circular, lineal o ARN. Algunos virus famosos son el de la rabia (ARN), de la gastroenteritis (ADN circular) y de la varicela (ADN lineal).

Esperando que les gustó este capítulo, los esperamos la próxima semana para una unidad sobre las proteínas.

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Referencias:

[1] DNA from the beginning. The DNA molecule is shaped like a twisted ladder. [en línea] < http://www.dnaftb.org/19/bio-3.html> [consulta: 01/08/2016]

[2] Livescience. H.Whipps, 2008. How ‘Photo 51’ Changed the World. [en línea] <http://www.livescience.com/2912-photo-51-changed-world.html> [consulta: 01/08/2016]

[3] Watson and Crick, 1953. Molecular Structure of Nucleic Acids. Nature, Vol. 171, N°4356, pp. 737-738.

[4] Crick et al., 1961. General Nature of the Genetic Code for Proteins. Nature, Vol. 192, N°4809, pp. 1227-1232.

[5] B. Tropp. Biology: Genes to Proteins. Third edition. Chap. 19, pp.889. Jones and Bartlett Publishers, Sudbury, Massachusetts. 2008.

[6]  L. Betancor, M. Gadea y K. Flores, 2008. Genética bacteriana. Temas de Bacteriología y Virología Médica, pp.59-79. [en línea] <http://www.higiene.edu.uy/cefa/2008/GeneticaBacteriana.pdf>  [consulta: 01/08/2016]

[7] Universidad de Valencia. Mètode. A. Latorre, F. Silva. 2001. El tamaño del genoma y la complejidad de los seres vivos.[en línea] <http://metode.cat/es/Revistas/Monografics/Que-hi-ha-darrere-del-genoma/La-grandaria-del-genoma-i-la-complexitat-dels-essers-vius> [consulta: 01/08/2016]

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