Estructura de los ácidos nucleicos

Al igual que las proteínas, es conveniente descirbir la estructura de los ácidos nucleicos en términos de niveles jerárquicos.

1. ESTRUCTURA PRIMARIA: definida por la estructura covalente y su secuencia de nucleótidos.
2. ESTRUCTURA SECUNDARIA: es cualquier estructura regular y estable adoptada por algunos o todos los nucleótidos del ácido nucleico.
3. ESTRUCTURA TERCIARIA: se define como el plegamiento complejo de grandes cromosomas.

PROPIEDADES

Las cantidades de las 4 bases de los nucleótidos de ADN varía según el organismo y las cantidades relativas de ciertas bases estan relacionadas. Erwin Chargaff llegó a estas conclusiones y postuló:

• La composición de bases del ADN normalmente varía de una especie a otra.
• Las muestras de ADN aisladas a partir de tejidos de la misma especie tiene la misma composición de bases.
• La composición de bases de un individuo no varía con la edad, ni con su estado nutricional, ni con las vaiaciones ambientales.
• En todos los ADN celulares, independientemente de la especie, en número de residuos de Adenina es igual al número de residuos de Timina (A=T) y en número de residuos de Guanina es igual al número de residuos de Citosina (G=C). A partir de estas relaciones se deduce que la suma de residuos de purina es igual a la suma de pirimidinas (A+T= G+C).

Rosalin Franklin y Maurice Wilkins a principios de 1950 demostraron que el ADN posee un diagrama de difracción de rayos X característico. Esto permitió deducir que el ADN es una doble hélice con 2 periocidades en su longitud; una primaria de 3.4 Å y otra secundaria de 36 Å. Por lo que de aca en adelante el problema consitía en construir un modelo tridimensional que explicara no solo el patrón de difracción, sino también las equivalencias específicas entre bases (A=T, G=C).

En 1953, Watson y Crick postularon un modelo tridimensional de ADN que tenía en cuenta todos los datos disponibles. Dicho modelo consiste en dos cadenas helicoidales enrolladas alrededor de un mismo eje formando una doble hélice dextrógira. Los esqueletos formados por la desoxirribosa y los grupos fosfato alternados están en el exterior de la doble hélice en contacto con el agua circundante. La relación espacial de las dos cadenas da lugar a la formación de un surco mayor y un surco menor en la superficie de la doble hélice. Cada base de una cadena esta apareada con la base de otra cadena. Watson y Crick encontraron que los pares de bases unidos por enlaces de hidrógeno, G con C y A con T eran los que mejor encajaban en la estructura a la vez que explicaban las observaciones de Chargaff. También concluyeron que se pueden formar 3 enlaces de hidrógeno entre G y C y 2 entre A y T. Esto explica la dificultad para separar las hebras apareadas del ADN cuanto mayor es la relación de pares de bases GC con respecto AT.

Otro aspecto que hace del modelo satisfactorio, es la disposición antiparalela de las hebras de ADN, es decir sus enlaces 5' y 3' fosfodiéster de cada una de las hebras tienen direcciones opuestas.

Watson y Crick construyeron numerosos modelos hasta llegar a la estructura de bases apiladas verticalmente de la doble hélice y separados por una distancia de 3.4 Å; la repetición secundaria de 36 Å se explica por la incorporación de 10 pares de bases en cada vuelta completa de la doble hélice.

Las dos cadenas antiparalelas del ADN no son idénticas ni en secuencia ni en composición, en cambio son COMPLEMENTARIAS entre si. La complementaridad se debe a los enlaces de hidrógeno entre los pares de bases complementarios, por otro lado las interacciones de apilamiento, que son esencialmente inespecíficas, contribuyen principalmente a la estabilidad de la doble hélice.

El modelo propuesto por Watson y Crick sugirió de inmediato un mecanismo para la transmisión de la información contenida en el ADN.

LA ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DEL ADN.

La molécula de ADN es extrmadamente flexible, puede rotar alrededor de los distintos enlaces de la cadenas de azúcar- fosfato y las fluctuaciones térmicas pueden provocar curvaturas, estiramiento y desapareamiento de las hebras.

En el ADN celular no se observan desviaciones importantes de la estructura y muchas de las que se observan estarían involucradas en el metabolismo del ADN. La variación de la estructura del ADN refleja 3 aspectos:

1. Las distintas conformaciones que puede adoptar la desoxirribosa.
2. La posibilidad de rotación alrededor de los enlaces adyacentes que constituyen el esqueleto de fosfodesoxirribosa.
3. La libre rotación en torno del enlace glucosídico C-1-N'.

Las conformaciones estables de los nucleótidos purínicos y pirimidínicos están limitados a 2: la forma syn y anti. Las pirimidinas están limitadas generalmente a las conformaciones anti.

La estructura propuesta por Watson y Crick se conoce como FORMA B del ADN o ADNB y es la forma más estable que puede adoptar un ADN de secuencia al azar en condiciones fisiológicas. Las FORMAS A y Z son variantes estructurales que han sido caracterizadas en estructuras cristalinas. La forma A predomina en soluciones relativamente pobres de agua y poseen un surco ancho mas profundo y surco superficial más estrecho.

El ADNZ supone un desvío más radical de la estructura y más notoria, la rotación es hacia la izquierda en este caso (hélice levógira), contiene 12 pares de bases en cada vuelta y adoptan un plegamiento en zig- zag.

Algunas secuencias de ADN además, adoptan estructuras no habituales, por ejemplo, las secuencias repetidas de A, generan una curvatura en la hélice. Un tipo común de secuencia encontrada en el ADN es el PALÍNDROMO, esto se aplica al ADN con repeticiones invertidas. Estas secuencias son autocomplementarias en cada una de las hebras y tienen potencial para formar estructuras en horquillas.

Las estructuras inusuales del ADN constan de 3 o 4 hebras y merecen ser estudiadas, ya que suelen ser lugares donde comienzan o son regulados los eventos de replicación, transcripción y recombinación.

Los pares de bases que participan en las interacciones Watson y Crick pueden además, formar formar puentes de hidrógenos adicionales. Un residuo de CITIDINA (si esta protonado) puede unirse con un residuo de GUANOSINA en un par de bases GC y la TIMIDINA puede aparentemente unirse con un residuo de ADENOSINA en el par de bases AT. Los átomos N-7. O6 y N-6 de la purinas pueden participar en los enlaces de hidrógeno de los tríplex y son llamados PUENTES DE HOOGSTEEN.