Fundamentos de la Estabilidad del DNA y la Organización Genómica

Estabilización de la Doble Hélice del DNA

La estabilidad estructural de la doble hélice se mantiene gracias a la acción combinada de varias fuerzas:

1. Las interacciones hidrofóbicas entre las bases de los nucleótidos dentro de la doble hélice.
2. El apilamiento paralelo de las bases, que contribuye a la estabilización por el efecto acumulativo de las fuerzas de Van der Waals.
3. El efecto cremallera de los puentes de hidrógeno (Puentes de H), que mantiene las cadenas en la orientación complementaria correcta.
4. Las interacciones electrostáticas que se establecen entre los grupos fosfato y las moléculas de agua o las histonas.

Estructura y Organización del Genoma

Genes

Segmentos de DNA que pueden transcribirse y, por lo tanto, que codifican cadenas polipeptídicas y RNA. En eucariotas, existen fragmentos no codificantes (intrones) y fragmentos codificantes (exones).

Cromosomas

Estructuras en las que se encuentran empaquetadas todas las moléculas de DNA que contienen los genes.

Genoma

El DNA que constituye el contenido total de información genética de un organismo (el conjunto cromosómico de la célula).

Organización del Material Genético según el Tipo de Organismo

• Virus: El material genético puede ser DNA (simple o doble cadena, lineal o circular) o RNA (simple o doble cadena, lineal).
• Viroides: El material genético es RNA circular de cadena sencilla.
• Bacterias: El material genético es DNA circular de doble cadena y superenrollado. Generalmente poseen un cromosoma por célula y plásmidos (portadores de información genética accesoria).
• Eucariotas: El DNA es lineal. La longitud total del DNA en una célula humana es de aproximadamente 2 metros.

Importancia del Superenrollamiento del DNA

1. Afecta la compactación o empaquetamiento del DNA.
2. Afecta a las interacciones del DNA con otras moléculas en procesos clave como la replicación y la transcripción del DNA.

Las enzimas que aumentan o disminuyen el grado de enrollamiento del DNA se denominan topoisomerasas o girasas.

Efecto Hipercrómico

Cuando el DNA se desnaturaliza (se separa en hebras sencillas), una hebra simple adsorbe luz con mayor eficacia que el DNA de doble hélice. Este aumento en la absorción de luz ultravioleta se conoce como Efecto Hipercrómico.

Temperatura de Fusión (Tm)

La Temperatura de Fusión (Tm) es la temperatura a la cual se alcanza la mitad de la absorción máxima (el DNA está desnaturalizado al 50%).

La estabilidad del DNA de doble hélice, y por ende su Tm, depende de:

• La naturaleza del disolvente.
• La identidad y concentración de iones en solución.
• El pH.
• La fracción molar de pares de bases Guanina-Citosina (G-C), ya que estos pares tienen tres puentes de hidrógeno y confieren mayor estabilidad.

Aplicaciones de la Desnaturalización y Renaturalización del DNA

In Vivo

Durante la replicación y la transcripción, las dos hebras de la doble hélice deben separarse. La facilidad de reasociarse es esencial para las funciones de los ácidos nucleicos. Las enzimas responsables de la separación de las hebras son las Helicasas.

In Vitro

La desnaturalización y renaturalización son instrumentos poderosos para investigar la similitud entre secuencias, así como la estructura y función de los genes.