Ácido
desoxirribonucleico
El ácido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado como ADN (y también DNA, del inglés DeoxyriboNucleic Acid), es un
ácido nucleico que contiene las instrucciones
genéticas usadas en el
desarrollo y el funcionamiento de todos los
organismos vivos conocidos y también de los
virus, excepto algunos cuyo material genético es
ARN (los
retrovirus). La función principal de las
moléculas de ADN es el de ser portador y transmisor entre generaciones de información genética. El ADN a menudo es comparado metafóricamente a un
manual de instrucciones, ya que este contiene las "instrucciones" para construir otros componentes de las
células, como moléculas de
ARN y
proteína. Los segmentos de ADN que llevan la información genética se llaman
genes, aunque otras secuencias de ADN tienen funciones estructurales o están implicadas en la regulación del empleo de esta información genética; de esta manera, el ADN adopta un papel multifuncional y básico.
Químicamente, el ADN es un largo
polímero de unidades simples llamadas
nucleótidos con un armazón hecho de
azúcares y
grupos de fosfato unidos alternativamente entre sí mediante enlaces de tipo
éster. Unido
covalentemente a cada azúcar se encuentra una
base nitrogenada:
adenina,
timina,
citosina o
guanina. La disposición secuencial de estas cuatro
bases a lo largo de la cadena es la que codifica la información. Esta información es interpretada usando el
código genético, que especifica la secuencia de los
aminoácidos de las proteínas, según una correspondencia de un triplete de nucleótidos (
codón) por cada aminoácido. El código es interpretado copiando los tramos de ADN en un ácido nucleico relacionado, el
ácido ribonucleico (ARN), en un proceso llamado
transcripción.
Dentro de las
células, el ADN está organizado en estructuras llamadas
cromosomas. Estos cromosomas se duplican antes de que las
células se dividan, en un proceso llamado
replicación de ADN. Los
organismos Eucariotas (
animales,
plantas, y
hongos) almacenan la inmensa mayoría de su ADN dentro del
núcleo celular y una mínima parte en los orgánulos celulares
mitocondrias, y en los
cloroplastos en caso de tenerlos; en
procariotas (las
bacterias y
archaeas) se encuentra en el
citoplasma de la célula; y en los virus de ADN, se encuentra en el interior de la
cápsida. Las proteínas
cromáticas, como las
histonas, comprimen y organizan el ADN dentro de los cromosomas. Estas estructuras compactas dirigen las interacciones entre el ADN y otras proteínas, ayudando al control de las partes del ADN que son transcritas
Propiedades físicas y químicasEstructura química del ADN. Los
puentes de hidrógeno aparecen como líneas punteadas.
El ADN es un largo
polímero formado por unidades repetitivas, los
nucleótidos. Una doble cadena de ADN mide de 22 a 26
Ångströms (2,2 a 2,6
nanómetros) de ancho, y una unidad (un nucleótido) mide 3,3 Å (0,33 nm) de largo. Aunque cada unidad individual que se repite es muy pequeña, los polímeros de ADN pueden ser
moléculas enormes que contienen millones de
nucleótidos. Por ejemplo, el cromosoma humano más largo, el
cromosoma número 1, tiene aproximadamente 220 millones de
pares de bases.
En los
organismos vivos, el ADN no suele existir como una molécula individual, sino como una pareja de moléculas estrechamente asociadas. Las dos cadenas de ADN se enroscan sobre sí mismas formando una especie de escalera de caracol, denominada
doble hélice. El modelo de estructura en doble hélice fue propuesto en
1953 por
James Watson y
Francis Crick (el artículo Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid fue publicado el
25 de abril de
1953 en
Nature). El éxito de éste modelo radicaba en su consistencia con las propiedades físicas y químicas del ADN. El estudio mostraba además que la
complementariedad de bases podía ser relevante en su
replicación, y también la importancia de la secuencia de bases como portador de información genética.Cada unidad que se repite, el nucleótido, contiene un segmento de la estructura de soporte (azúcar + fosfato), que mantiene la cadena unida, y una
base, que interacciona con la otra cadena de ADN en la hélice. En general, una base ligada a un azúcar se denomina
nucleósido y una base ligada a un azúcar y a uno o más grupos fosfatos recibe el nombre de
nucleótido. Cuando muchos nucleótidos se encuentran unidos, como ocurre en el ADN, el polímero resultante se denomina
polinucleótido.
Componentes Estructura de soporte: La estructura de soporte de una hebra de
ADN está formada por unidades alternas de grupos
fosfato y
azúcar.
Ácido fosfórico:
Enlace fosfodiéster. El
grupo fosfato une el
carbono 5' del
azúcar de un
nucleósido con el
carbono 3' del siguiente.
Su
fórmula química es H3PO4. Cada
nucleótido puede contener uno (monofosfato:
AMP), dos (difosfato:
ADP) o tres (trifosfato:
ATP) grupos de ácido fosfórico, aunque como monómeros constituyentes de los
ácidos nucléicos sólo aparecen en forma de nucleósidos monofosfato.
Desoxirribosa:
Es un
monosacárido de 5
átomos de
carbono (una
pentosa) derivado de la
ribosa, que forma parte de la estructura de nucleótidos del ADN. Su fórmula es C5H10O4. Una de las principales diferencias entre el
ADN y el
ARN es el
azúcar, pues en el ARN la 2-
desoxirribosa del ADN es reemplazada por una
pentosa alternativa, la
ribosa.
[23]Las moléculas de azúcar se unen entre sí a través de grupos fosfato, que forman
enlaces fosfodiéster entre los átomos de carbono tercero (3′, «tres prima») y quinto (5′, «cinco prima») de dos anillos adyacentes de azúcar. La formación de
enlaces asimétricos implica que cada hebra de ADN tiene una dirección. En una
doble hélice, la dirección de los
nucleótidos en una hebra (3′ → 5′) es opuesta a la dirección en la otra hebra (5′ → 3′). Esta organización de las hebras de ADN se denomina antiparalela; son cadenas paralelas, pero con direcciones opuestas. De la misma manera, los extremos asimétricos de las hebras de ADN se denominan
extremo 5′ («cinco prima») y
extremo 3′ («tres prima») respectivamente.
Bases nitrogenadas:
Las cuatro bases nitrogenadas mayoritarias que se encuentran en el
ADN son la
adenina (abreviado A),
citosina (C),
guanina (G) y
timina (T). Cada una de estas cuatro bases está unida al armazón de azúcar-fosfato a través del azúcar para formar el nucleótido completo (base-azúcar-fosfato). Las bases son
compuestos heterocíclicos y
aromáticos con dos o más
átomos de
nitrógeno, y, dentro de las bases mayoritarias, se clasifican en dos grupos: las bases púricas o purinas (adenina y guanina), derivadas de la
purina y formadas por dos anillos unidos entre sí, y las bases pirimidínicas o pirimidinas (citosina y timina), derivadas de la
pirimidina y con un solo anillo.En los ácidos nucléicos existe una quinta base pirimidínica, denominada
uracilo (U), que normalmente ocupa el lugar de la timina en el
ARN y difiere de ésta en que carece de un grupo metilo en su anillo. El uracilo no se encuentra habitualmente en el ADN, sólo aparece raramente como un producto residual de la degradación de la citosina por procesos de desaminación oxidativa.
Timina: 2, 4-dioxo, 5-metilpirimidina.
Timina:
En el
código genético se representa con la letra T. Es un derivado pirimidínico con un
grupo oxo en las posiciones 2 y 4, y un
grupo metil en la posición 5. Forma el
nucleósido timidina (siempre desoxitimidina ya que sólo aparece en el ADN) y el
nucleótido timidilato o timidina monofosfato (dTMP). En el ADN, la timina siempre se
empareja con la adenina de la cadena complementaria mediante 2
puentes de hidrógeno, T=A. Su fórmula química es C5H6N2O2 y su nomenclatura 2, 4-dioxo, 5-metilpirimidina.
Citosina: 2-oxo, 4-aminopirimidina.
Citosina:
En el código genético se representa con la letra C. Es un derivado pirimidínico, con un
grupo amino en posición 4 y un grupo oxo en posición 2. Forma el
nucleósido citidina (desoxicitidina en el ADN) y el
nucleótido citidilato o (desoxi)citidina monofosfato (dCMP en el ADN, CMP en el ARN). La citosina siempre se
empareja en el ADN con la guanina de la cadena complementaria mediante un triple enlace, C≡G. Su fórmula química es C4H5N3O y su nomenclatura 2-oxo, 4 aminopirimidina. Su
masa molecular es de 111,10
unidades de masa atómica. La citosina fue descubierta en 1894 cuando fue aislada en tejido del
timo de carnero.
Adenina: 6-aminopurina.
Adenina:
En el código genético se representa con la letra A. Es un derivado de la purina con un grupo amino en la posición 6. Forma el nucleósido
adenosina (desoxiadenosina en el ADN) y el nucleótido
adenilato o (desoxi)adenosina monofosfato (dAMP, AMP). En el ADN siempre se
empareja con la timina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrógeno, A=T. Su fórmula química es C5H5N5 y su nomenclatura 6-aminopurina. La adenina, junto con la timina, fue descubierta en 1885 por el médico alemán
Albrecht Kossel.
Guanina: 6-oxo, 2-aminopurina.
Guanina:
En el código genético se representa con la letra G. Es un derivado púrico con un grupo oxo en la posición 6 y un grupo amino en la posición 2. Forma el nucleósido (desoxi)
guanosina y el nucleótido
guanilato o (desoxi)guanosina monofosfato (dGMP, GMP). La guanina siempre se
empareja en el ADN con la citosina de la cadena complementaria mediante tres enlaces de hidrógeno, G≡C. Su fórmula química es C5H5N5O y su nomenclatura 6-oxo, 2-aminopurina.
También existen otras bases nitrogenadas, las llamadas bases nitrogenadas minoritarias, derivadas de forma natural o sintética de alguna otra base mayoritaria. Lo son por ejemplo la
hipoxantina, relativamente abundante en el
tRNA, o la
cafeína, ambas derivadas de la adenina; otras, como el
aciclovir, derivadas de la guanina , son análogos sintéticos usados en terapia antiviral; otras, como una de las derivadas del uracilo, son antitumorales.
Las bases nitrogenadas tienen una serie de características que les confieren unas propiedades determinadas. Una característica importante es su carácter aromático, consecuencia de la presencia en el anillo de dobles enlaces en posición conjugada. Ello les confiere la capacidad de absorber luz en la zona
ultravioleta del
espectro en torno a los 260
nm, lo cual puede ser aprovechado para determinar el
coeficiente de extinción del ADN y hallar la concentración existente de los ácidos nucléicos. Otra de sus características es que presentan
tautomería o
isomería de grupos funcionales debido a que un átomo de
hidrógeno unido a otro átomo puede migrar a una posición vecina; en las bases nitrogenadas se dan dos tipos de tautomerías: tautomería lactama-lactima, donde el hidrógeno migra del nitrógeno al
oxígeno del grupo oxo (forma lactama) y viceversa (forma lactima), y tautomería imina-amina primaria, donde el hidrógeno puede estar formando el grupo amina (forma amina primaria) o migrar al nitrógeno adyacente (forma imina). La adenina sólo puede presentar tautomería amina imina, la timina y el uracilo muestran tautomería doble lactama-lactima, y la guanina y citosina pueden presentar ambas. Por otro lado, y aunque se trate de moléculas
apolares, las bases nitrogenadas presentan suficiente carácter polar como para establecer
puentes de hidrógeno, ya que tienen átomos muy
electronegativos (nitrógeno y oxígeno) presentando carga parcial negativa, y átomos de hidrógeno con carga parcial positiva, de manera que se forman dipolos que permiten que se formen estos
enlaces débiles.
Se estima que el
genoma humano haploide tiene alrededor de 3.000 millones de pares de bases. Para indicar el tamaño de las moléculas de ADN se indica el número de pares de bases, y como derivados hay dos unidades de medida muy utilizadas, la
kilobase (kb) que equivale a 1.000 pares de bases, y la
megabase (Mb) que equivale a un millón de pares de bases
Estructura
El ADN es una molécula bicatenaria, es decir, está formada por dos cadenas dispuestas de forma antiparalela y con las bases nitrogenadas enfrentadas. En su estructura tridimensional, se distinguen distintos niveles:
Estructura primaria:
Secuencia de nucleótidos encadenados. Es en estas cadenas donde se encuentra la información genética, y dado que el esqueleto es el mismo para todos, la diferencia de la información radica en la distinta secuencia de bases nitrogenadas. Esta secuencia presenta un código, que determina una información u otra, según el orden de las bases.
Estructura secundaria:
Es una estructura en doble hélice. Permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de duplicación del ADN. Fue postulada por Watson y Crick, basándose en: primero, la difracción de rayos X que habían realizado Franklin, Wilkins; y segundo, la equivalencia de bases de Chargaff, que dice que la suma de adeninas más guaninas es igual a la suma de timinas más citosinas.
Es una cadena doble, dextrógira o levógira según el tipo de ADN. Ambas cadenas son complementarias, pues la adenina de una se une a la timina de la otra, y la guanina de una a la citosina de la otra. Ambas cadenas son antiparalelas, pues el extremo 3´ de una se enfrenta al extremo 5´ de la otra.
Existen tres modelos de ADN. El ADN de tipo B es el más abundante y es el descubierto por Watson y Crick.
Estructura terciaria
Se refiere a como se almacena el ADN en un espacio reducido, para formar los cromosomas. Varía según se trate de organismos procariotas o eucariotas:
En procariotas el ADN se pliega como una súper-hélice, generalmente en forma circular y asociada a una pequeña cantidad de proteínas. Lo mismo ocurre en las mitocondrias y en los cloroplastos.
En eucariotas, dado que la cantidad de ADN de cada cromosoma es muy grande, el empaquetamiento ha de ser más complejo y compacto; para ello se necesita la presencia de proteínas, como las histonas y otras proteínas de naturaleza no histónica (en los espermatozoides estas proteínas son las protaminas).
Ácido ribonucleico(ARN)
El ácido ribonucleico (ARN o RNA) es un
ácido nucleico formado por una larga cadena de
nucleótidos. Se ubica en las células de tipo
procariota y las de tipo
eucariota. El ARN se define también como un material genético de ciertos virus (
virus ARN) y, en los organismos celulares, molécula que dirige las etapas intermedias de la síntesis proteica. En los virus ARN, esta molécula dirige dos procesos: la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que forman la cápsula del virus) y replicación (proceso mediante el cual el ARN forma una copia de sí mismo). En los organismos celulares es otro tipo de material genético, llamado ácido desoxirribonucleico (ADN), el que lleva la información que determina la estructura de las proteínas. Pero el ADN no puede actuar solo, y se vale del ARN para transferir esta información vital durante la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que necesita la célula para sus actividades y su desarrollo).
Como el ADN, el ARN está formado por una cadena de compuestos químicos llamados nucleótidos. Cada uno está formado por una molécula de un azúcar llamado ribosa, un grupo fosfato y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina, guanina, uracilo y citosina. Estos compuestos se unen igual que en el ácido desoxirribonucleico (ADN). El ARN se diferencia químicamente del ADN por dos cosas: la molécula de azúcar del ARN contiene un átomo de oxígeno que falta en el ADN; y el ARN contiene la base uracilo en lugar de la timina del ADN.
El ARN es
transcrito desde el ADN por enzimas llamadas
ARN polimerasas y procesado en el transcurso por muchas más proteínas. El
uracilo, aunque es muy diferente, puede formar
puentes de hidrógeno con la adenina, lo mismo que la timina lo hace en el ADN. El porqué el ARN contiene uracilo en vez de timina es actualmente una pregunta sin respuesta.
Tipos de ARN
ARN codificantes:
ARN mensajero (mRNA o ARNm)
ARN no codificantes (ncRNA o ARNnc):
intrones (que representan el 30% del genoma)
ARN que se expresan de forma autónoma (50-70% de la transcripción total en los eucariotas superiores):
básicos:
ARN de transferencia (tRNA o ARNt)
ARN ribosómico (rRNA o ARNr)
ARN nucleolar (snoRNA)
pequeños ARN nucleares (snRNA), implicados en splicing
ARN de la telomerasa
reguladores:
ARN de interferencia
micro ARN
ARN en otros organismos
El ARN es el material genético usado por los virus, y el ARN también es importante en la producción de proteínas en otros organismos vivos. La mecánica del ARN en los organismos eucarioticos es similar en los organismos procarióticos. El ARN puede moverse dentro de las células de los organismos vivos y por consiguiente sirve como una suerte de mensajero genético, transmitiendo la información guardada en el ADN de la célula, desde el núcleo hacia otras partes de la célula donde se usa para ayudar a producir proteínas. Una sola hebra de ADN se usa a la vez, el RNA polimerasa es la enzima que cataliza el proceso y las bases nitrogenadas son las mismas. Solo que en los procariotas, no existe el núcleo delimitado por membrana (carioteca).
TRANSCRIPCION
El ARN se transcribe a partir de una de las dos cadenas del ADN. En caso contrario, al transcribirse ambas al mismo tiempo, de una de las hélices saldría una proteína y de la otra algo totalmente diferente.
Por ejemplo, si en una de las cadenas de ADN hubiera: GATACA, en la otra cadena, la homóloga, debería haber: CTATGT.
La primera al transcribirse a ARN daría dos codones: GAU-ACA. La segunda CUA-UGU.
La primera formaría la cadena de aminoácidos siguiente. En el primer caso: Ácido Aspártico-Treonina y en el segundo caso: Leucina-Cisteína.
Que sólo se transcriba una hélice no significa que siempre sea la misma a lo largo de todo el cromosoma. Puede transcribirse una hélice en un sitio y otra en otro.
En la traducción de codones a aminoácidos intervienen otras moléculas de ARN, las llamadas ARN de transferencia.
Algunas moléculas de ARN presentan actividad catalítica, y son conocidas como ribozimas. La mayoría de los ARN son autocatalíticos, ya que catalizan su propio procesamiento. Su hallazgo es relativamente reciente, y antes se consideraba que solo las proteínas eran las únicas macromoléculas capaces de poseer actividad catalítica.
Código genético
Serie de codones en un segmento de ARN. Cada codón se compone de tres nucleótidos que codifican un solo aminoácido.
El código genético es la regla de correspondencia entre la serie de nucleótidos en que se basan los ácidos nucleicos y las series de aminoácidos (polipéptidos) en que se basan las proteínas. Es como el diccionario que permite traducir la información genética a estructura de proteína. A, T, G, y C son las "letras" del código genético y representan las bases nitrogenadas adenina, timina, guanina y citosina, respectivamente. Cada una de estas bases forma, junto con un glúcido (pentosa) y un grupo fosfato, un nucleótido; el ADN y el ARN son polímeros formados por nucleótidos encadenados.
Cada tres nucleótidos de la cadena (cada triplete) forman una unidad funcional llamada codón. Como en cada cadena pueden aparecer cuatro nucleótidos distintos (tantos como bases nitrogenadas, que son el componente diferencial) caben 43 (4x4x4, es decir, 64) combinaciones o codones distintos. A cada codón le corresponde un único “significado”, que será o un aminoácido, lo que ocurre en 61 casos, o una instrucción de “final de traducción”, en los tres casos restantes (ver la tabla). La combinación de codones que se expresa en una secuencia lineal de nucleótidos, conforman cada gen necesario para producir la síntesis de una macromolécula con función celular específica.
Durante el proceso de traducción (síntesis de proteína) el mensaje genético es leído de una cadena de ARN, colocando cada vez el aminoácido indicado por el codón siguiente según la regla que llamamos código genético.
Universalidad
En todos los seres vivos y sistemas genéticos asociados, tales como virus y orgánulos celulares, es el mismo el código aplicado, con excepciones secundarias — es decir, derivadas — y siempre parciales, aparecidas en distintas estirpes; por esa razón cual decimos que el código genético es universal. Este hecho es prueba de una historia evolutiva común de todos los seres vivos existentes que, después de la fijación del código, habría estado regida por los mecanismos darwinistas de la evolución biológica. Esa unidad de origen es uno de los aspectos fundamentales de la teoría darwinista.
Sin embargo, en la actualidad se distinguen 17 códigos genéticos perfectamente documentados, que se distinguen del llamado código genético estándar por el significado de uno o unos cuantos codones. La mayor diversidad se presenta en las mitocondrias, orgánulos de las células eucariotas que se originaron evolutivamente a partir de miembros del reino Bacteria, donde hay también diferencias, en un proceso de endosimbiosis. El genoma nuclear de los eucariontes sólo se aparte del código estándar en el caso de algunos protistas y hongos ascomicetes. Las excepciones afectan frecuentemente a los codones de iniciación y terminación.
Degeneración
En términos de teoría de la información el código genético presenta redundancia, porque en varios casos, codones distintos significan el mismo aminoácido. Existen 64 codones y sólo 21 mensajes posibles a los que traducirlos, que son los veinte aminoácidos más la señal de terminación. Es a este rasgo al que nos referimos como degeneración del código genético.
Continuidad
En el código genético no existen signos que separen los tripletes, por lo cual éstos se escriben de manera continua sin separaciones entre ellos. Aun así, se ha determinado que existen 4 codones los cuales cumplen la función de "separadores" o "signos de puntuación",estos son, en el ARN: AUG (codón de iniciación), UAA, UAG y UGA (codones de terminación).
Usos incorrectos
La expresión "código genético" es frecuentemente utilizada en los medios de comunicación como sinónimo de genoma, de genotipo, o de ADN. Frases como "Se analizó el código genético de los restos y coincidió con el de la desaparecida", o "se creará una base de datos con el código genético de todos los ciudadanos" son científicamente absurdas. Es insensato, por ejemplo, aludir al «código genético de una determinada persona», porque el código genético es el mismo para todos los individuos; cada organismo tiene sin embargo un genotipo propio, aunque es posible que lo comparta con otros si se ha originado por algún mecanismo de multiplicación asexual.
AQUI ENCONTRARAS MAS VIDEOS SOBRE EL ADN
http://mx.youtube.com/watch?v=i-ATJ1FwYps
