El modelo del ADN de Watson y Crick
La
estructura del ADN, representada según el modelo de Watson y Crick, es
una hélice dextrógira de doble cadena antiparalela. El esqueleto de
azúcar-fosfato de las cadenas de ADN constituye la parte exterior de la
hélice, mientras que las bases nitrogenadas se encuentran en el interior
y forma pares unidos por puentes de hidrógeno que mantienen juntas a
las cadenas del ADN.
En
el modelo siguiente, los átomos naranjas y rojos indican los fosfatos
del esqueleto de azúcar-fosfato, mientras que los átomos azules en el
interior de la hélice pertenecen a las bases nitrogenadas.
Orientación antiparalela
El ADN de doble cadena es una molécula antiparalela, lo
que significa que se compone de dos cadenas que corren una junto a la
otra pero en direcciones opuestas. En una molécula de ADN de doble
cadena, el extremo 5' (el que termina con un grupo fosfato) de una
cadena se alinea con el extremo 3' (el que termina con un grupo
hidroxilo) de su pareja y viceversa.
Los
átomos de carbono del azúcar desoxirribosa en los nucleótidos del ADN
se indican con números acompañados del símbolo prima. Los símbolos prima
parecen apóstrofos (por ejemplo, 3').
La
utilidad de los símbolos prima es distinguir los átomos de carbono del
azúcar de los átomos del anillo de la base nitrogenada. Los átomos de
carbono y nitrógeno en los anillos de las bases nitrogenadas también se
indican con números, pero estos números no tienen símbolos prima.
Puedes
ver los números asignados a los carbonos y nitrógenos del anillo de las
bases nitrogenadas en el siguiente diagrama. Las purinas, de dos
anillos, y la pirimidinas, de un anillo, tienen diferentes sistemas de
numeración, debido a que tienen un número diferente de átomos de
carbono.
La hélice dextrógira
En el modelo de Watson y Crick, las dos cadenas de ADN giran una alrededor de la otra para formar una hélice dextrógira. Todas las hélices tienen direccionalidad, que es una propiedad que describe cómo se orientan los surcos en el espacio.
Para
entender qué es lo que hace a una hélice dextrógira, imagina que
envuelves la molécula de ADN que se muestra en la figura con tu mano
derecha, con el pulgar apuntando hacia arriba. Ahora imagina que tus
dedos se deslizan a lo largo de la parte exterior de la espiral. Tu mano
debe moverse con la espiral, hacia arriba, en la dirección que apunta
tu pulgar. Puesto que la mano derecha se mueve en la misma dirección que
apunta el pulgar conforme se desliza a lo largo de la espiral, la doble
hélice del ADN puede identificarse como dextrógira.
Si trataras de hacer
lo mismo con la mano izquierda (con el pulgar apuntando hacia arriba),
tu mano se deslizaría en la dirección contraria, hacia abajo, opuesta a
la dirección en que apunta tu pulgar.
No necesariamente el ADN de doble
cadena en realidad se presenta en tres formas diferentes, conocidas como
ADN-A, ADN-B y ADN-Z. Aunque el ADN-A y el ADN-B son hélices
dextrógiras, el ADN-Z es una hélice levógira (que gira hacia la izquierda).
La torsión de la doble hélice del ADN y la geometría de las bases crea un hueco más amplio (llamado surco mayor) y un hueco más estrecho (llamado surco menor)
que corren a lo largo de la molécula, como se muestra en la figura
anterior. Estos surcos son importantes sitios de unión para las
proteínas que mantienen el ADN y regulan la actividad de los genes.
Apareamiento de bases
En
el modelo de Watson y Crick, las dos cadenas de la doble hélice del ADN
se mantienen unidas por puentes de hidrógeno entre las bases
nitrogenadas en cadenas opuestas. Cada par de bases forma un "peldaño"
en la escalera de la molécula de ADN.
Los
pares de bases no se forman por cualquier combinación de bases. Por el
contrario, si hay una A en una cadena, deben estar emparejada con una T
en la otra (y viceversa). Del mismo modo, una G en una cadena siempre
debe tener una C como compañera en la cadena opuesta. Estas
correspondencias entre A-T y G-C se conocen como pares de bases complementarias.
El
emparejamiento de bases explica las reglas de Chargaff, es decir, por
qué la composición de A siempre es igual a la de T y la composición de C
es igual a la G.
Donde hay una A en una cadena, debe haber una T en la otra, y lo mismo
es cierto para G y C. Puesto que una purina grande (A o G) se empareja
siempre con una pirimidina pequeña (T o C), el diámetro de la hélice es
uniforme, de aproximadamente 2 nanómetros.
Aunque
el modelo original de Watson y Crick propuso que existían dos puentes
de hidrógeno entre las bases de cada par, hoy sabemos que G y C forman
un puente adicional (tal que los pares de A-T forman dos puentes de
hidrógeno en total, mientras que los pares de G-C forman tres).
El impacto de la doble hélice
La
estructura del ADN abrió la puerta para entender muchos aspectos sobre
la función del ADN, como la forma en que se copia y la forma en que la
célula utiliza la información que contiene para hacer proteínas.
Como
veremos en próximos artículos y videos, el modelo de Watson y Crick
marcó el comienzo de una nueva era de descubrimientos en la biología
molecular. El modelo y los descubrimientos que permitió formar los
cimientos de una gran parte de la investigación de vanguardia actual en
biología y biomedicina.
