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Tipos y Estructura de ADN

La molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN) es el depósito de la información genética heredable. En los humanos, el ADN está contenido en 23 pares de cromosomas dentro del núcleo. La molécula proporciona la plantilla básica para la replicación de la información genética, la transcripción de ácido ribonucleico (ARN) y la biosíntesis de proteínas para promover la función celular y la supervivencia.

Última actualización: Abr 23, 2022

Responsabilidad editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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
Empaquetamiento del adn y los dos estados de la cromatina.

Empaquetamiento del ADN y los 2 estados de la cromatina:
Eucromatina (activa) donde el ADN se replica o transcribe; y heterocromatina (silenciosa), donde el ADN no se replica ni se transcribe.

Imagen: “The basic unit of chromatin organization is the nucleosome, which comprises 147 bp of DNA wrapped ar” por Sha, K. and Boyer, L. A. Licencia: CC BY 3.0

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.

Referencias

  1. Weil, P. A. (2018). Nucleic acid structure & function. In Rodwell, V. W., et al. (Eds.), Harper’s illustrated biochemistry, 31e (). New York, NY: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1160190679
  2. Weil, P. A. (2018). DNA organization, replication, & repair. In Rodwell, V. W., et al. (Eds.), Harper’s illustrated biochemistry, 31e (). New York, NY: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1160190821
  3. Yu-Wai-Man, P., & Chinnery, P. F. (1993). Leber hereditary optic neuropathy. In Adam, M. P., et al. (Eds.), GeneReviews® (). Seattle (WA): University of Washington, Seattle. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1174/

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