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5.2.1.2. Estructura secundaria del ADN

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 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).

1 nm (nanómetro) = 10 Å (ángstrom) = 1×10-9 metros = 1×10-6 milímetros

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).

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.

Estructura secundaria del ADN

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.

A=T y G≡C

  • 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 éster, que une el grupo fosfato y el carbono 5 de la pentosa.
  • 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:

Preguntas que han salido en exámenes de acceso a la Universidad (Selectividad, EBAU, EvAU)

Aragón, Junio de 2019, opción B, cuestión 1.

Conteste las siguientes cuestiones: (2 puntos)

a) Identifique a qué tipo de macromolécula pertenecen los esquemas A y B. (0,2 puntos)

b) Identifique las moléculas señaladas con los números 1, 2, 3, 4 y 5. (0,5 puntos) Indique de manera razonada una característica que permita diferenciar entre A y B. (0,4 puntos)

c) Indique todos los compartimentos de la célula procariota y de la célula eucariota donde se localiza la molécula “B”. (0,5 puntos)

d) ¿Qué representan las líneas punteadas de la macromolécula “B”? (0,2 puntos)

e) ¿Qué tipo de enlace es el señalado como 6? (0,2 puntos)

Aragón, Septiembre de 2016, opción B, cuestión 2.

El análisis de la proporción de adenina del cromosoma 21 humano ha resultado ser del 33% y la proporción de guanina del cromosoma 23 del 27%. Indicar la proporción del resto de bases nitrogenadas de ambos cromosomas. (1 punto).

Madrid, Septiembre de 2017, opción A, cuestión 1.

Respecto a los ácidos nucleicos y los mecanismos de expresión génica:

a) Un determinado ácido nucleico bicatenario está compuesto por un 50% de purinas y un 50% de pirimidinas. Sabiendo que el contenido de Adenina es del 30% ¿Cuál es su contenido en Timina, Guanina y Citosina? ¿Qué tipo de ácido nucleico es y por qué? (1 punto).

Madrid, modelo de 2020, pregunta A3

A.3.- (2 puntos) Con referencia a los ácidos nucleicos:

a) Cite el tipo de enlace que constituye su estructura primaria y explique cómo se forma dicho enlace (0,75 puntos).
b) Indique el tipo de enlace que da lugar a la estructura secundaria y el número de enlaces entre las bases (0,75 puntos).
c) Si una molécula de ADN bicatenario presenta en su composición un 17 % de A, indique el porcentaje de las restantes bases. Razone la respuesta (0,5 puntos).

Asturias, Junio de 2021, pregunta 1B

Pregunta 1B- En relación a la siguiente figura, indique:

a) Identifique la macromolécula de la imagen adjunta detallando los monómeros que la forman. (Calificación máxima 0,5 puntos)
b) ¿Cuáles son los componentes de estos monómeros? (Calificación máxima 0,5 puntos)
c) Describa los distintos niveles de complejidad (o empaquetamiento) de la molécula representada. (Calificación máxima 1 punto)

Valencia, Julio de 2022, pregunta 2.3.

a) Nombra los componentes de un nucleótido de DNA (1 punto).

b) Cita los tipos de enlace químico que se encuentran en una molécula de DNA de doble hélice e indica qué componentes unen (2 puntos). c) Indica qué orgánulos de la célula vegetal contienen DNA y si se trata de moléculas lineales o circulares (2 puntos).

Murcia, Junio de 2023, pregunta 1.2

En relación con el ADN:

A) Describa su naturaleza química, indicando su estructura primaria, sus componentes y enlaces mediante los que se unen (1 punto).
B) Describa su estructura secundaria, indicando los enlaces que la estabilizan y los componentes unidos por dichos enlaces (0,6 puntos).
C )Describa las diferencias con respecto al ARN en cuanto a su composición química (0,4 puntos).

Ideas fundamentales sobre la estructura secundaria del ADN

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.
  • Diámetro: 20 Å = 0,2 nm
  • Los nucleótidos están unidos mediante enlaces fosfodiéster entre el grupo fosfato del carbono 5' de un nucleótido y el grupo hidroxilo en el carbono 3' del siguiente.
  • Las bases nitrogenadas se unen mediante enlaces (puentes) de hidrógeno, dos enlaces entre A y T, y tres enlaces entre G y C.

Repasando la estructura secundaria del ADN

Pregunta

¿Qué es la estructura secundaria del ADN?

Respuestas

La disposición tridimensional de las proteínas en la molécula de ADN.

La disposición en el espacio de las dos cadenas de nucleótidos en doble hélice.

La organización de los nucleótidos en una sola cadena de ADN.

La unión entre el ADN y las proteínas nucleares.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuál es el resultado del experimento de Chargaff?

Respuestas

El ADN tiene una estructura helicoidal.

El ADN está formado por una sola cadena de nucleótidos.

El número de adeninas es igual al número de timinas, y el número de citosinas es igual al número de guaninas.

Las bases nitrogenadas siempre se unen en parejas.

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué implica la complementariedad entre las bases nitrogenadas del ADN?

Respuestas

Que las bases nitrogenadas tienen tamaños diferentes.

Que las bases nitrogenadas se unen siempre en el mismo orden.

Que si en una cadena hay adenina, en la otra estará la timina, y si hay guanina, estará la citosina.

Que las bases nitrogenadas se unen de manera aleatoria.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuántos enlaces de hidrógeno se forman entre adenina y timina?

Respuestas

Uno.

Dos.

Tres.

Cuatro.

Retroalimentación

Pregunta

¿En qué tipos de organismos se encuentra ADN bicatenario circular?

Respuestas

En eucariotas.

No se encuentra en ningún tipo de organismo actual, aunque sí en el pasado.

En virus.

En procariotas, mitocondrias y cloroplastos.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuál es la disposición en el espacio de las dos cadenas de nucleótidos en la estructura secundaria del ADN?

Respuestas

Helicoidal.

Lineal.

Circular.

En doble hélice.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cómo se encuentran unidas las bases nitrogenadas en la estructura secundaria del ADN?

Respuestas

Enlaces covalentes.

Enlaces iónicos.

Enlaces metálicos.

Puentes de hidrógeno.

Retroalimentación

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