ADN: La molécula estrella

 

- ADN: La molécula estrella

El ADN fue identificado en el núcleo de la célula a finales del siglo XIX, pero durante 50 años los científicos supusieron que se trataba de una molécula anodina, sin posibilidades de ser la depositaria de la herencia.

Las proteínas abundan por doquier en las células, realizan la mayoría de las tareas vitales y están compuestas por un número mayor de unidades informativas (20 aminoácidos) que el ADN (4 nucleótidos). Todo esto hacía pensar que las proteínas eran las que albergaban la información genética.

En 1.928, a un microbiólogo, Frederick Griffith, se le ocurrió hacer un experimento extravagante con cepas de bacterias virulentas y no virulentas sobre ratones.

Las cepas virulentas poseían una cápsula azucarada externa y las no virulentas carecían de ella.

Con el fin de averiguar si la cápsula causaba la virulencia, inoculó bacterias virulentas muertas en ratones y no ocurrió nada.

Pero, no se sabe muy bien por qué, a Griffith se le ocurrió inyectar una mezcla de células virulentas muertas y células no virulentas vivas. Lo esperable es que no sucediera nada, pero los ratones murieron.

Se supuso que las bacterias no virulentas habían tomado algo de las virulentas.

En 1.944, Avery, MacLeod y McCarty separaron los distintos componentes de las células virulentas muertas y los mezclaron con bacterias no virulentas.

Los polisacáridos de la cápsula no transformaron a las células, las proteínas tampoco, pero sí el ADN.

Este resultado cogió por sorpresa a todos los laboratorios y no fue aceptado inmediatamente.

Los componentes del ADN

Los componentes del ADN, los nucleótidos, se conocían desde hacía tiempo.

Un nucleótido está formado por un grupo fosfato, un azúcar (desoxirribosa) y una base nitrogenada de carácter cíclico.

Lo que diferencia a los 4 nucleótidos es la base nitrogenada.

Las 4 bases presentes en el ADN son adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). La adenina y la guanina están formadas por dos anillos nitrogenados, mientras que la citosina y la timina, sólo por uno. Pero no se sabía qué estructura tridimensional formaban estos 4 componentes básicos.

Erwin Chargaff, estudiando la composición nucleotídica de diferentes organismos, llegó a conclusiones interesantes.

La cantidad de nucleótidos con bases con un solo anillo nitrogenado (T+C) es siempre igual a la cantidad de nucleótidos con dos anillos (A+G). La cantidad de T es siempre igual a la cantidad de A y la de C a la de G.

Todo esto sugería que estas bases estaban emparejadas. Se podía pensar que estaban enfrentadas en un espacio en el que no cabrían dos bases con dos anillos cada una, y en el que dos bases con un solo anillo no alcanzarían la longitud necesaria para unirse.

Con estos datos, y los patrones de difracción de rayos X al atravesar el ADN (que adecuadamente interpretados pueden dar pistas sobre la estructura espacial de la molécula), Watson y Crick (aunque no fueron los únicos que contribuyeron al descubrimiento) publicaron en 1.953 un artículo muy escueto en el que describían la conocida doble hélice que hemos visto dibujada en tantos sitios.

No explicaron cómo esta estructura podía ser adecuada para la replicación de la información genética, sino que, de forma quizá un tanto pedante, se limitaron a decir que este mecanismo se deducía inmediatamente de la estructura propuesta.

En efecto, es fácil suponer que la doble cadena, tras dividirse longitudinalmente, podría regenerarse, con lo que se conservaría la información.

Como cada base se empareja exclusivamente con otra base determinada, cada una de las cadenas simples serviría como molde para regenerar la otra cadena, siempre que existiera un aporte de nucleótidos y un complejo enzimático (de naturaleza proteica) que acelerara la reacción de enlace de los nucleótidos.

La estructura del ADN

El ADN puede ser visualizado como una escalera, cuyos rieles estarían formados por los complejos fosfato-desoxirribosa unidos entre sí en posiciones fijas, y cuyos peldaños serían los pares de bases nitrogenadas.

Si fuera una escalera sencilla, sin el giro helicoidal, está claro que sería una molécula con mucho menos estilo.

La estructura helicoidal es más sugerente, casi mística: evoca el ascenso infinito y el eterno retorno.

Pero la función del enrollamiento es evidentemente más práctica. La hélice empaqueta e incrementa notablemente la resistencia a la tracción.

El ADN puede existir en la naturaleza en varias formas, con distintos grados de compactación de las vueltas de la hélice (en respuesta sobre todo a las condiciones de hidratación del entorno).

La más común es la forma B, aunque en cierta fase de la transcripción se genera brevemente la forma A, algo menos enrollada. La forma Z, más extraña, con un esqueleto en forma de zig-zag, también ha sido observada en las células vivas.

El ADN linear suele formar múltiples bucles circulares incluso en los cromosomas eucarióticos.

Estos bucles pueden estar relajados, situados en un plano, o retorcidos en las tres dimensiones.

Existen unas enzimas específicas, las topoisomerasas, que regulan el grado de retorcimiento correcto en cada momento.

En los últimos años se ha demostrado que el modelo de Watson y Crick no es el único posible, ya que se han descrito asociaciones de 2, 3 y hasta 4 hebras de ADN que se conectan por uniones no complementarias de guanina.

Estas estructuras aparecen en los extremos (telómeros) de los cromosomas eucariotas.

¿Por qué el ADN es más adecuado que el ARN para salvaguardar la información genética?

La estructura de doble cadena lo dota de mayor estabilidad.

A ello contribuye mucho el hecho de que los pares de bases planos se apilan unos sobre otros como los peldaños de una escalera y excluyen a las moléculas de agua de los espacios entre ellos.

Se genera así una fuerza de cohesión similar a la que existe entre dos platos introducidos muy juntos en el agua.

El ADN es una molécula tan versátil, con tantas propiedades fascinantes, que está encontrando usos en campos muy distintos a la biología.

Su capacidad de almacenar mucha información en la secuencia de sus 4 nucleótidos y su gran velocidad de procesamiento han llevado a usarlo para efectuar determinados cálculos, como un ordenador disperso que opera en paralelo.

También es usado como andamio para formar estructuras en nanotecnología.

El reciente descubrimiento de que el ADN puede ser conductor de electricidad podría proporcionar nanocables muy largos y con unas propiedades eléctricas muy bien definidas.

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