Estructura y empaquetamiento del ADN: una guía completa

Estructura del ADN

El ADN está formado por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor del mismo eje con sentido dextrógiro, formando una doble hélice.

Estructura primaria del ADN

La estructura primaria del ADN está definida por la secuencia de las bases en la cadena del polinucleótido. Esta secuencia de bases descifra la información genética del ADN.

Características principales

• Los extremos 5' de una cadena coinciden con el extremo 3' de la otra: son antiparalelas.
• La estructura fosfato-pentosa conforma el exterior de la hélice, mientras que las bases se sitúan hacia el interior formando un ángulo recto con el eje de la hélice. Esta disposición permite que las bases de ambas cadenas queden enfrentadas en el interior de la doble hélice.
• Las dos hebras de la hélice se mantienen unidas de forma no covalente por la formación de puentes de hidrógeno entre las bases complementarias: la adenina forma 2 puentes de hidrógeno con la timina y la guanina forma tres con la citosina. La especificidad en el apareamiento de las bases se conoce como complementariedad. Las bases de una de las cadenas de polinucleótidos son siempre complementarias de las bases de la otra cadena.

Factores que contribuyen a estabilizar la doble hélice

• Puentes de hidrógeno entre las bases complementarias. Queda estabilizada por la presencia de un número extremadamente grande de ellos a lo largo de la cadena.
• Interacciones hidrofóbicas. Las bases son moléculas aromáticas planas y de naturaleza hidrofóbica. Esta característica permite interacciones hidrofóbicas entre las bases enfrentadas de cada hebra.
• Cargas de los grupos fosfatos. Los grupos fosfatos tienen carga negativa y se encuentran en el exterior de la molécula, donde pueden interaccionar con el agua, una molécula polar sin carga. De esta forma contribuyen a la mayor estabilidad de la doble hélice de ADN.

Desnaturalización del ADN

El ADN se desnaturaliza por efecto de la temperatura. Las temperaturas altas, 80 ó 90º C, así como valores de pH extremos, la provocan. Consiste en la ruptura de los puentes de hidrógeno entre bases apareadas y la pérdida de las interacciones hidrofóbicas entre las bases apiladas de cada hebra. Como resultado de este proceso, la doble hélice de ADN se desenrolla dando lugar a dos hebras simples que pueden quedar:

• Totalmente separadas (desnaturalización total)
• Parcialmente separadas (desnaturalización parcial)

Cuando la temperatura vuelve a la normalidad, los segmentos de ADN desapareados vuelven a enrollarse. Este proceso se denomina renaturalización del ADN y es posible mientras exista alguna región de la molécula de ADN con estructura de doble hélice, es decir, desnaturalizada parcialmente.

Empaquetamiento del ADN

El ADN se condensa, proceso que permite una adecuación a las dimensiones de las células. Por ejemplo, el ADN de la bacteria E. Coli, que forma un solo cromosoma, debe condensarse unas 1000 veces.

En eucariotas este proceso es más evidente, debido al mayor contenido de ADN de sus células y consiste en el enrollamiento de la doble hélice sobre sí misma, para dar lugar fibras más cortas y gruesas: súper hélice o ADN superenrollado.

El ADN con grupos fosfatos cargados negativamente se asocia con moléculas cargadas positivamente, para estabilizar su estructura. Estas moléculas pueden ser proteínas denominadas histonas.

Las histonas son proteínas de pequeño tamaño, con una alta proporción de aminoácidos básicos que a pH neutro tienen carga positiva (lisina o arginina), lo que les permite interaccionar con el ADN, independientemente de la secuencia de nucleótidos.

La doble hélice se va enrollando a intervalos regulares alrededor de un complejo de histonas, dando lugar a los denominados nucleosomas.

Sin embargo, el ADN se debe condensar mucho más para “adaptarse” al tamaño celular. En la figura siguiente se resumen las sucesivas etapas de condensación del ADN, desde la doble hélice a los cromosomas.