2. La molécula de ADN es un copolímero donde se hallan presentes
estructuras ciertas heterocíclicas denominadas bases
nitrogenadas las que, dependiendo de su esqueleto, pueden ser
clasificadas como bases púricas o bases pirimídicas. Hay cinco
principales, de las cuales cuatro están presentes en el ADN.
3. Adenina desoxiAdenosina monofosfato (dAMP)
Guanina desoxiGuanosina monofosfato (dGMP)
Citosina desoxiCitidina monofosfato (dCMP)
Timina desoxitTimidina monofosfato (dTMP)
Cada base nitrogenada forma parte de la
estructura de uno de los monómeros
componentes del ADN, llamados
nucleótidos. En éstos, la base se encuentra
enlazada al carbono anomérico de un azúcar,
la desoxirribosa-5-fosfato, por medio de
uno de sus átomos de N. A la derecha se
representa la estructura de un nucleótido y
abajo el nombre que reciben dependiendo de
la base.
4. Los nucleótidos se unen entre sí gracias al grupo fosfato para
constituir la que denominaremos la estructura primaria del
ADN (ácido desoxirribonucleico). El átomo de fósforo de la
posición 5’ de uno de ellos se une al átomo de oxígeno de la
posición 3’ de un nucleótido vecino, constituyéndose así una
unión que se denomina enlace fosfodiéster. Esta unión suele
simplificarse por medio de una “P” en las representaciones de la
estructura primaria del ADN.
5. En esta estructura se
representan cuatro
residuos de cada uno de los
nucleótidos presentes en el ADN
unidos mediante la presencia de tres
enlaces fosfodiéster.
6. La arquitectura molecular de las bases
nitrogenadas es tal que pueden
enlazarse a través del espacio
mediante enlaces de hidrógeno. En
efecto, la timina (la base nitrogenada
de la timidina) puede establecer dos de
estos enlaces con la adenina
(proveniente de una adenosina). Un
enlazamiento similar, pero con tres
uniones, permite que la citosina (de
una citidina) se aparee con una
guanina (de una guanosina). A estas
uniones se les puede representar como
A=T y CG.
7. Gracias a estos apareamientos de
bases, una segunda cadena se puede
unir a la primera para constituir la
estructura secundaria del ADN, la
cual consta de dos cadenas
enlazadas por medio de la
interacción entre sus bases
nitrogenadas (S representa en la
figura al azúcar desde la cual se
enlaza la base, y P el enlace
fosfodiéster.
Ésta es la llamada estructura
bicatenaria de la doble hélice del
ADN. En la siguiente página hay
una representación más detallada.
9. En el ADN se halla presente la fuente de información para la
síntesis de todas las moléculas de proteína de la célula y el
organismo.
Proporciona además la información heredada por células hijas o
por la descendencia.
Ambas funciones requieren que la molécula de ADN sirva como
un molde: en el primer caso para la transcripción de la
información hacia el ARN, y en el segundo para la replicación de
la información hacia moléculas de ADN hijas.
10. En la replicación la estructura
bicatenaria del ADN se
desenrrolla para la creación de
dos nuevas moléculas de ADN.
La enzima ADN polimerasa es
la encargada de tal operación y
para ello desarrolla a la molécula
de ADN madre, dejando libres a
cada una de las hebras o hélices
originales (representadas en la
figura en naranja).
11. Acto seguido, la ADN
polimerasa comienza a construir
dos nuevas hélices (en azul). Los
nucleótidos que irán
componiendo las nuevas cadenas
serán dispuestos en ella tomando
como referencia la base
nitrogenada presente en la
cadena original, de tal manera
que la cadena azul en formación
puede entenderse como la
complementaria de la original.
12. Así las cosas, si en la cadena
original se hallaba presente al
inicio una timidina, la ADN
polimerasa “colocará” en la
nueva cadena una adenosina; si
la siguiente en la cadena madre
es una guanosina, la ADN
polimerasa unirá a la adenosina
anterior una citosina, etc.
13. De esta manera, la hebra naranja
madre I dirigirá, como si se
tratase de un molde, la síntesis y
el orden de los nucleótidos de la
nueva hebra azul II, que será
complementaria de I e idéntica a
la hebra madre III. La nueva
molécula de ADN hija formada
por las hebras I y II será idéntica
a la de ADN madre conformada
por las hebras I y III, y lo
mismo se puede decir de la otra
molécula de ADN hija formada
por las hebras III y IV.
I
II
III
IV
14. En el otro proceso vital
interviene una molécula
relacionada: el ARN (ácido
ribonucleico). Su estructura primaria es
Similar a la del ADN, pero en lugar de la timina
Se halla presente la base nitrogenada uracilo.
15. El ARN es típicamente monocatenario: la cadena única de ARN
debe así plegarse sobre sí misma para adquirir características
bicatenarias formándose los pares G-C y A-U. Existen diferentes
tipos de ARN, y del que nos vamos a ocupar a continuacion es del
llamado ARN mensajero, que es con el que se inicia el trabajo de
formación de proteínas: la transcripción.
16. En el proceso de transcripción el
ADN nuevamente hace las veces de
plantilla, pero ahora para formar una
moléculas de ARN. El
desenrrollamiento es solamente
parcial y ahora, gracias a la presencia
de la enzima ARN polimerasa, se
genera una nueva molécula a la que
se le conoce como ARN mensajero.
Al ser parcial, la secuencia que posee
el ARN es solamente la
correspondiente a un segmento de la
cadena del ADN.
17. La serie de bases a lo largo de la cadena del ARN es distinta a la de
la plantilla del ADN, pero queda determinada por esta última:
Frente a cada A del ADN aparece un U en la cadenael ARN
Frente a cada G del ADN aparece una C en el ARN
Frente a una T del ADN aparece una A en el ARN
Frente a C del ADN aparece una G en el ARN.
Por ejemplo, una secuencia en la cadena original del ADN
AATCAGTT se transforma en UUAGUCAA en el ARN tras la
transcripción.
18. El orden en el que se
hallan dispuestas las
bases nitrogenadas en
el ARN mensajero no
es al azar: en él se
halla una serie
ordenada y especifica
de bases, un mensaje
hereditario que se
escribe en un lenguaje
de cuatro letras: el
código genético.
19. El ARN mensajero ingresa, luego de liberarse de la ARN
polimerasa, al ribosoma, un conglomerado de proteínas donde
tiene lugar la síntesis proteínica de forma esférica y que abundan
en el citosol.
Los ribosomas son complejos macromoleculares constituidos a
base de proteínas y ácido ribonucleico ubicados en citoplasma,
mitocondrias, retículo endoplásmico y cloroplastos (32 nm en los
eucariotes). Los poseen todas las células, excepto los
espermatozoides. Al no poseer endomembranas, hay polémica en
torno a si deben ser considerados organelos o no. poseen dos
unidades.
20. En el ribosoma, el ARN mensajero cita una serie de moléculas de
ARN de transferencia, cada una de las cuales está cargada con un
aminoácido específico. El orden con que comparecen las
moléculas de ARN de transferencia (y por tanto, la secuencia con
que estarán dispuestos los aminoácidos en la estructura primaria de
la cadena proteica) depende de la secuencia de bases que haya a lo
largo de la cadena de ARN mensajero.
Para que un aminoácido sea transportado por el ARN de
transferencia y dispuesto en el ribosoma para formar una proteina,
éste debe “revisar” la información que porta el ARN mensajero:
una secuencia de GAU en el ARN mensajero es el código para que
quien sea transportado para formar parte de la proteína sea el ácido
aspártico; UUU es para fenilalanina, GUG es para valina, etc.
21. Esta serie de tres nucleótdos o letras, conjunto al que se le
denomina codones, van indicando que aminoácido va a formar
parte de la cadena.
Es importante señalar que una diferencia en una sola base de la
molécula de ADN o un solo error en la «lectura» del código
puede ser la causa de un cambio en la secuencia de
aminoácidos.
22. Cuando se modifica la naturaleza de la base mediante una reacción
química (oxidación o alquilación por ejemplo) se altera su tamaño
y su capacidad para establecer puentes de hidrógeno, con lo que se
deteriora el apareamiento de bases entre hebras. Este daño puede
dar lugar a mutaciones: cambios en la estructura del ADN que
aumentan las posibilidades del desarrollo de células cancerosas.
23. Las mutaciones pueden ser por herencia: una de las más
tristemente célebres es la que da origen a la anemia falciforme,
padecimiento en donde los glóbulos rojos (derecha) toman formas
anormales (izquierda) que restringen el flujo de sangre a órganos
vitales del cuerpo humano, provocando inflamación, dolores
intensos y en muchos casos tiempos de vida acortados.
24. La hemoglobina humana normal (HbA) es una proteína que consta
de cuatro cadenas proteicas, dos a y dos b, con 141 y 146 residuos
de aminoácidos respectivamente, unidas por fuerzas iónicas y de
van der Waals. En el caso de la hemoglobina falciforme (HbF),
resultado de una mutación, un único residuo de valina reemplaza a
uno de ácido glutámico en cada una de las dos cadenas b.
25. Aunque el defecto parece
ínfimo, el reemplazo origina
que las moléculas de HbF se
agreguen formando
precipitados: se forman
glóbulos rojos con la tipica
forma de hoz (de allí el
nombre) que obstruyen los
vasos capilares restringiendo
el flujo sanguíneo, dando
origen a los síntomas de la
enfermedad.
26. El ADN se puede dañar, no obstante,
alterando su arquitectura (estereoquímica)
como consecuencia de la exposición del
organismo a xenobióticos: los
compuestos carcinógenos ejercen sus
efectos de esta manera: tal es el caso de
las sustitucioones nucleofilicas en donde
uno de los nitrógenos básicos de las bases
nitrogenadas sobre un puede alquilarse si
se expone a un sustrato electrofílico. Este
es el caso de los hidrocarburos
aromáticos policíclicos, o HAPs, siendo
el benzo[a]pireno uno de sus
representantes más temidos.
27. El benzo[a]pireno (presente incluso en el humo del tabaco) se
excreta del organismo epoxidándose enzimáticamente para
transformarse en un derivado dihidroxilado (fase I del
metabolismo de xenbobióticos), el cual posteriormente puede
funcionalizarse en un derivado acuosoluble (como los del ácido
glucorónico,, fase II del metabolismo de xenobióticos) que
permita su excreción del organismo por la orina, por ejemplo.
28. El problema surge cuando se epoxida nuevamente el derivado
dihidroxilado. Se piensa que es éste el verdadero metabolito
carcinógeno que sufre el ataque nucleofílico de parte de las bases
nitrogenadas, lo que da lugar a una mutación.
29. Los agentes químicos alquilantes también podrían modificar la
estructura del ADN de una manera similar. Ejemplos de
compuestos etiquetados como carcinógenos y riesgosos para el
medio ambiente son el yoduro de metilo, el sulfato de dimetilo y
el bromuro de etileno, de izq. a der.
30. Otro tipo de sustancias que pueden
producir lesiones químicas
peligrosasson los intercaladores de
ADN. Estas moléculas encajan
entre pares de bases forzando a la
estructura a desenrollarse en mayor
o menor medida dependiendo de su
tamaño y de la manera específica
como se coloque dentro de la doble
hélice.
EL cambio estructural puede dar
lugar a inhibición de transcripción,
replicación o cánceres.
32. Especies metálicas con un cierto estado de oxidación pueden dañar
al ADN también. Un ejemplo son los compuestos de Cr6+,
(ejemplos: trióxido de cromo CrO3, dicromato de potasio
K2Cr2O7). Éstos se reducen intracelularmente a especies de Cr3+,
pudiéndose unir entonces al ADN formando entrecruzamientos, lo
que ocasiona cambios en la rapidez de la replicación (a
concentraciones elevadas inhiben la actividad de la polimerasa),
contribuyendo así a la mutagénesis y
carcinogénesis al alterar la cinética y la
eficiencia de la replicación del ADN.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1958661.
33. La radiación electromagnética de alta
energía como la UVB, los rayos X y los
gamma, así como la radiactividad, pueden
inducir modificaciones en el ADN a partir
de formación de especies reactivas sobre su
estructura como radicales libres. Estos
cambios pueden modificar la estructura del
ADN con las consecuentes mutaciones que
alteren su funcionamiento normal.
34. La reparación del ADN es un conjunto de
procesos por los cuales una célula identifica y
corrige los daños inflingidos a la estructura del
ADN. Se estima que hay hasta un millón de
lesiones moleculares por célula y por día. Estos
mismos por supuesto se ven favorecidos por
una exposición contínua a las fuentes de daño,
la predisposición genética y la edad. No
obstante, no todos los cambios podrían
visualizarse como nocivos, sino como
respuesta a un cambio natural: las mutaciones
pueden ser el resultado de estímulos externos
que, transmitidos a los descendientes, delinean
el ritmo de evolución de las especies.