Tipos y Estructura de ADN

Estructura del ADN

El ADN es el material hereditario, compuesto de un polímero de nucleótidos de doble cadena:

• Organización del ADN:
  • En las células eucariotas, el ADN se encuentra en el núcleo celular y en las mitocondrias:
    • El cromosoma es la unidad organizadora del ADN.
    • En humanos: 46 cromosomas homólogos (23 pares)
    • Información de codificación contenida dentro de segmentos de cromosomas llamados genes
  • En los procariotas, el ADN se encuentra en el citoplasma en forma de plásmido o cromosoma.
• Estructura del ADN:
  • 2 cadenas antiparalelas (polaridad opuesta) formando una doble hélice: 10,5 pares de bases por vuelta de hélice
  • La columna vertebral formada por un azucar-fosfato cargado negativamente
  • Cadenas complementarias que se mantiene unidas por:
    • Puentes de hidrógeno
    • Fuerzas de Van der Waals
    • Interacciones hidrofóbicas entre pares de bases
  • En cada hebra existen carbonos terminales libres 5’–3’ 
  • Descrita por James Watson y Francis Crick (ganadores del Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1962)
  • El trabajo de Rosalind Franklin con cristalografía de rayos X fue esencial para el descubrimiento de la estructura del ADN.
• Los nucleótidos son los monómeros que forman el ADN:
  • Nucleótidos en el ADN (desoxirribonucleótidos):
    • Trifosfato de desoxiadenosina (dATP, por sus siglas en inglés)
    • Trifosfato de desoxiguanosina (dGTP, por sus siglas en inglés)
    • Trifosfato de desoxicitidina (dCTP, por sus siglas en inglés)
    • Trifosfato de desoxitimidina (dTTP, por sus siglas en inglés)
  • Los nucleótidos están unidos a través de enlaces fosfodiéster 3’–5′:
    • La energía para la síntesis proviene de la liberación de 2 fosfatos (dATP → monofosfato de desoxiadenosina (dAMP, por sus siglas en inglés)).
    • La síntesis ocurre en la dirección 5’–3′.
    • Las purinas se emparejan con las pirimidinas:
      • Adenina (purina) ↔ timina (pirimidina)
      • Guanina (purina) ↔ citosina (pirimidina)

Organización y Empaquetamiento del ADN en el Núcleo Celular

• En el núcleo, las proteínas nucleicas condensan el ADN en cromosomas.
• Orden de condensación del ADN: ADN de doble cadena (ADNsd) → nucleosomas → hebra de solenoide → bucles de cromatina → cromosomas
  • El ADNsd cargado negativamente se envuelve alrededor de octámeros de histonas cargados positivamente para formar nucleosomas.
  • Las histonas sufren modificaciones que afectan el acceso al ADN y, por lo tanto, la transcripción:
    • Acetilación (aumenta la transcripción)
    • Metilación (aumenta o disminuye la transcripción, epigenética → heredable)
    • Fosforilación (aumenta o disminuye la transcripción)
    • Ubiquitilación
    • ADP-ribosilación
• Formas de cromatina:
  • Eucromatina (forma descondensada): transcripcionalmente activa
  • Heterocromatina (forma condensada): transcripcionalmente inactiva

ADN Mitocondrial

• El ADN mitocondrial (ADNmt) representa el 1% del ADN celular.
• Solo se hereda de la madre (herencia no mendeliana)
• Características del ADNmt humano:
  • Circular, de doble hebra, compuesto de cadenas pesadas y ligeras
  • Contiene 16 569 pares de bases
  • Codifica ARN ribosómicos, ARNt y subunidades de proteínas necesarias para la fosforilación oxidativa (producción de adenosin trifosfato (ATP, por sus siglas en inglés)
  • Alta tasa de mutación (5–10 veces la del ADN nuclear)
• La presencia de ADNmt condujo a la teoría de la endosimbiosis:
  • Mitocondrias
  • Microbios procariotas que alguna vez vivieron independientes
  • ADN circular
  • Replicación por fusión binaria

Relevancia Clínica

• Miopatías mitocondriales: causadas por enfermedades mitocondriales en las que se observan fibras musculares “rojas rasgadas” mediante biopsia. La miopatía se asemeja a la acumulación de glucógeno y lípidos neutros, lo que puede estar relacionado con una mayor reactividad para la succinato deshidrogenasa y una menor reactividad para la citocromo c oxidasa. Tanto las mutaciones del ADN mitocondrial como el nuclear son la base de la miopatía mitocondrial.
• Mutaciones genéticas: errores en el ADN que a veces provocan una función anormal de las proteínas. Hay varios tipos de categorías y subcategorías de mutaciones, incluidas mutaciones cromosómicas, puntuales, de cambio de marco y de expansión. Las mutaciones puntuales incluyen mutaciones de sentido erróneo, sin sentido, simples y silenciosas.