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5.2.1.2. Estructura secundaria del ADN

La estructura secundaria del ADN es la disposición en el espacio de dos cadenas o hebras de nucleótidos en doble hélice, con las bases nitrogenadas enfrentadas y unidas mediante puentes de hidrógeno. Esta estructura se dedujo a partir de los siguientes datos experimentales:

Se observó que la densidad y viscosidad del ADN en dispersión acuosa del eran más altas de lo esperado por su composición química y peso molecular, por lo que se supuso que debía haber puentes de hidrógeno entre los grupos –NH2, -CO-, y =NH.

Chargaff comprobó que todos los ADN tenían el mismo número de moléculas de adenina (A) como de timina (T), y tantas de citosina (C) como de guanina (G).

  • n° moléculas de adenina / n° moléculas de timina = 1
  • n° moléculas de citosina / n° moléculas de guanina = 1

De aquí se dedujo que se formaban puentes de hidrógeno entre A y T y entre C y G.

Con los rayos X se descubrió que el ADN tiene una estructura de 20 Å (0,2 nm) de diámetro, en la que se repetían ciertas unidades cada 3,4 Å (0,34 nm), y que había otra repetición mayor cada 34 Å (3,4 nm).

Con todos estos datos, J. Watson y F. Crick idearon, en 1953, el modelo de la doble hélice del ADN, que dice que el ADN está formado por dos cadenas antiparalelas de polinucleótidos, con los enlaces 5'→3' orientados en diferente sentido, complementarias y enrolladas una sobre la otra en forma de doble hélice o plectonémica (para que las dos cadenas se separen es necesario que se desenrollen).

Zephyris at the English language Wikipedia [GFDL or CC-BY-SA-3.0], from Wikimedia Commons

El que sean cadenas complementarias implica que si en una cadena hay adenina, en su complementaria, estará la base nitrogenada timina. Y si en una hay guanina, en la otra citosina.

Como en las proteínas, en la estructura secundaria del ADN, los grupos hidrófobos -CH3 y -CH= de las bases nitrogenadas se orientan hacia el interior de la molécula, estableciéndose interacciones hidrofóbicas entre grupos lipófilos, que colaboran con los puentes de hidrógeno en dar estabilidad a la macromolécula. Las pentosas y los grupos fosfato están en la parte exterior.

By Deneapol [Public domain], via Wikimedia Commons

Complementariedad entre las bases

Las dos cadenas antiparalelas que forman la doble hélice de ADN se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas complementarias.

Siempre aparecerán unidas la adenina con la timina, y la citosina con la guanina, mediante enlaces de hidrógeno entre sus grupos polares. Así, entre la adenina y la timina se establecen dos enlaces de hidrógeno, y entre la guanina y la citosina, tres.

  • Entre A y T, se establecen dos puentes de hidrógeno.

La unión entre bases nitrogenadas timina y adenina se prodecue mediante dos puentes de hidrógeno

By Yikrazuul (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons

  • Entre C y G, se establecen tres puentes de hidrógeno.

La unión entre las bases nitrogenadas guanina y citosina se produce mediante tres puentes de hidrógeno

By Yikrazuul (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons

Nunca podrán unirse dos bases que no sean complementarias, ya que por la estructura y tamaño de las bases púricas y pirimidínicas impide que se creen enlaces de hidrógeno.

Resumiendo, los enlaces que contribuyen a la formación de la doble hélice son:

  • Enlace fosfodiester, en la unión de dos nucleótidos.
  • Enlace N-glucosídico, en la unión de la desoxirribosa y una base nitrogenada.
  • Enlace por puente de hidrógeno, en la unión de las bases nitrogenadas (A-T y G-C).

Estructuras alternativas a la doble hélice (forma B)

Aunque la doble hélice descrita por Watson y Crick, la llamada forma B, ha sido considerada como la única conformación espacial posible, actualmente se conocen otras formas posibles.

La forma B es la que adopta el ADN en disolución y en la que interacciona con las proteínas nucleares.

Vídeo: La estructura del ADN: Watson y Crick.

Forma A del ADN

La forma A del ADN es una doble hélice dextrógira, como la forma B, pero los pares de bases no forman un plano perpendicular al eje, sino inclinados 20º con respecto al eje de la hélice. Es más ancha y corta que la forma B.

La forma A sólo se ha observado en laboratorio, formada a partir de la forma B cuando la humedad relativa desciende al 75%.

By Thorwald at en.wikipedia (Transferred from en.wikipedia) [Public domain], from Wikimedia Commons

Forma Z del ADN

La forma Z del ADN es más larga y estrecha que la forma B. Es levógira, gira en sentido antihorario. Su forma la debe a la presencia de numerosos nucleótidos de guanina y citosina alternantes (GCGCGCGC).

Otras estructuras secundarias

Además de la forma B, A y Z del ADN, hay algunos otros tipos:

  • En procariotas, igual que en mitocondrias y cloroplastos, el ADN es bicatenario circular.
  •  En algunos virus, las cadenas de ADN son sencillas, no dobles, pudiendo ser circulares o lineales.

 

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