Fundamentos del Dogma Central de la Biología Molecular y Estructura del ADN

El Dogma Central de la Biología Molecular: Flujo de la Información Genética

El Dogma Central de la Biología Molecular establece el flujo de la información genética en los sistemas biológicos. Un hito fundamental ocurrió en 1970 con el descubrimiento de la ADN polimerasa dependiente de ARN o transcriptasa inversa en retrovirus. Este proceso permite la inserción del genoma viral de ARN en el genoma de ADN del hospedero. Ejemplos destacados incluyen:

• VIH-1 (Virus de la Inmunodeficiencia Humana).
• Mo-MuLV (Virus de la leucemia murina de Moloney).
• AMV (Virus de la mieloblastosis aviar).

El proceso clásico involucra la replicación del ADN, la transcripción (ADN → ARN) mediada por la ARN polimerasa, la transcripción reversa (ARN de sentido positivo +), y la traducción (ARN → Proteína) realizada por los ribosomas.

El Nuevo Dogma y Elementos No Convencionales

El nuevo dogma amplía estas vías incluyendo la replicación de ADN, la transcripción reversa (RT), los virus de ARN y las proteínas patógenas conocidas como priones. Un prión es una isoforma anormal de una proteína priónica (PrP^sc) con capacidad de autorregeneración post-traduccional. Su estudio se realiza mediante técnicas como la inmunohistoquímica y la Protein Misfolding Cyclic Amplification (PMCA), técnica descrita en Virus Research para la medición de la tasa de conversión hacia proteínas priónicas anormales.

Genomas Extranucleares y Estructuras Cromosómicas

Las mitocondrias (mtADN) y los cloroplastos (cpADN) poseen información genética autónoma. Por otro lado, los cromosomas son asociaciones de genes compactados; en eucariotas y procariotas, el ADN lineal se asocia a proteínas (en bacterias destacan las proteínas tipo histonas, NAPs y SMC). En procariotas, el material genético se organiza en el nucleoide o puede estar compartimentalizado, como en Gemmata obscuriglobus. Los virus presentan una cápside que protege su genoma (vRNA o vDNA), el cual puede ser lineal o circular.

Viroides Vegetales

Los genomas de los viroides vegetales se caracterizan por:

• Carecer de cápside proteica.
• Poseer un genoma de ARN.
• Presentar un fuerte apareamiento intramolecular.
• Tener capacidad autocatalítica en algunos casos (Ribozimas), como el CVd-VI (Pospiviroidae).

Composición Química y Estructura de los Polinucleótidos

Las bases nitrogenadas se clasifican en:

• Purinas: Adenina (A) y Guanina (G).
• Pirimidinas: Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U).

En la estructura del nucleótido (como el AMP o Adenosina monofosfato), el carbono 1' del azúcar se une a la base nitrogenada, el carbono 2' define si es desoxirribosa, y los carbonos 5' y 3' participan en la unión de grupos fosfato para la formación de polinucleótidos.

La Doble Hélice de Watson-Crick

La formación de la doble hélice implica dos cadenas de pentosas unidas por grupos fosfato mediante enlaces fosfodiéster, con un extremo 5’ PO₄ y un extremo 3’ OH. La polimerización final permite la intersección de pirimidinas y purinas.

¿Cómo se organizan las cadenas de polinucleótidos en el ADN?

1. Los polinucleótidos se enrollan sobre un eje central (ADN-B o forma dextrógira).
2. Poseen un esqueleto de azúcar-fosfato unido covalentemente.
3. Las cadenas son antiparalelas.
4. Las bases nitrogenadas están apiladas en el centro (estabilizadas por fuerzas de Van der Waals).
5. Las bases forman puentes de hidrógeno (dobles entre A-T y triples entre G-C), lo que otorga complementariedad y estabilidad química según la Ley de Chargaff.

El sistema presenta interacciones hidrofóbicas (los anillos aromáticos apolares minimizan la interacción con el agua) e interacciones hidrofílicas (fuerzas electrostáticas por la carga iónica del PO₄^- en medio acuoso).

Replicación frente a Amplificación del ADN

¿Cuál es el sentido de la replicación? La ADN polimerasa se encarrila y se mueve por la hebra en dirección 3’ a 5’. La ADNpol III (Primasa) sintetiza un iniciador de ARN de aproximadamente 15-mer (unidades). En investigación, se sintetizan iniciadores de ADN de 20-25-mer con alto contenido de GC. La Taq ADN Polimerasa realiza la elongación de la cadena en dirección 5’ a 3’, uniendo los dNTPs (desoxirribonucleótidos trifosfato) en el extremo 3’ libre.

Propiedades Físicas: Desnaturalización y Renaturalización

La desnaturalización y renaturalización de los ácidos nucleicos son propiedades críticas para el análisis molecular. La desnaturalización implica el rompimiento de los puentes de hidrógeno en el ADN de doble cadena (ADNds), provocando el desenrollamiento y separación del dúplex mediante:

• Calor: Generalmente entre 77-83°C para alcanzar la T_m (melting temperature o temperatura de fusión).
• Agentes químicos: Formaldehído, formamida, urea o pH extremo.

La disminución de la temperatura o de la concentración del químico permite la renaturalización.

Variación Hipercrómica y Temperatura de Fusión (T_m)

La variación hipercrómica (hyperchromic shift) es la relación entre la absorbancia a 260 nm y la temperatura. Las bases nitrogenadas absorben luz a esta longitud de onda. La T_m se define como la temperatura a la cual el 50% del ADN está desnaturalizado. Durante el enfriamiento, puede ocurrir el annealing o reasociación por complementariedad (del 100% al 95%), aunque también pueden darse hibridaciones inespecíficas entre ssADN.

Factores que promueven la desnaturalización:

• Incremento de la temperatura.
• Baja fuerza iónica (ej. < 0,1M NaCl o Mg++), donde las cargas negativas del fosfato se desestabilizan por falta de contraiones, generando repulsión.
• Aumento del pH.
• Solventes orgánicos (DMSO o Betaína), que disminuyen las atracciones G-C y reducen la T_m.