El ADN y las 4 etapas de la autoduplicación del ADN
ADN es la abreviatura de Ácido Desoxirribonucleico, una molécula fundamental para los seres vivos de la cual hablaremos en este artículo. El ácido desoxirribonucleico es un ácido nucleico, un tipo de biomoléculas al cual también pertenece el Ácido Ribonucleico (ARN).
El ácido desoxirribonucleico es un ácido nucleico.
Todos los ácidos nucleicos están formados por una sucesión de unidades menores llamadas nucleótidos, es decir, el ácido nucleico es un polímero y sus monómeros son los nucleótidos. ¿Monómeros? ¿Polímeros? ¿Qué significa todo esto? Para entenderlo, armemos una analogía con un tren. Todos los trenes están formados por vagones. Cada vagón es lo que vendría a ser un monómero y el tren completo es el polímero.
Los ácidos nucleicos están formados por cientos o miles de nucleótidos. Cada nucleótido está formado, a su vez, por los siguientes componentes:
- Un grupo fosfato. Es una sección formada por átonmos de fósforo y oxígeno.
- Un azúcar, pero no el azúcar que consumimos frecuentemente con el té o el café, sino una molécula de cinco átomos de carbono que puede ser ribosa (en el caso del ARN) o desoxirribosa (en el caso del ADN). No está de más decir que como este azúcar tiene cinco átomos de carbono, se lo clasifica al grupo de las pentosas.
- Una base nitrogenada, que puede ser adenina, citosina, guanina y timina (en el caso del ADN) o bien adenina, citosina, guanina y uracilo (en el caso del ARN).
Cuando los nucleótidos se unen, lo hacen mediante un enlace especial llamado enlace fosfodiéster, la cual se da entre el grupo fosfato de un nucleótido y el azúcar del siguiente.
En este artículo, nos ocuparemos de hablar solamente del ADN.
La estructura del ADN
Como se mencionó anteriormente, el ácido desoxirribonucleico es un polímero formado por cientos o miles de monómeros a los que llamamos nucleótidos. Los estudios sobre el mismo demostraron que es una molécula formada por dos hebras o hélices:
Cada molécula de ADN está formada por dos largas cadenas de nucleótidos que se disponen de manera paralela -como se ve en la imagen- pero siguiendo sentidos opuestos. Las hebras se van enrollando en el espacio hasta formar una espiral, dejando a las bases nitrogenadas enfrentadas en el interior. Los grupos fosfato y el azúcar quedan en el esqueleto externo de las hélices.
Ambas cadenas de ácido desoxirribonucleico se mantienen unidas mediante enlaces específicos llamados puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas de dichas cadenas. Pero no todo es tan al azar, las bases nitrogenadas se enfrentan y se unen de acuerdo a la afinidad que presentan. Esto es conocido como ley de apareamiento de bases y nos dice que:
- La ADENINA se aparea con la TIMINA.
- La CITOSINA se aparea con la GUANINA.
Ubicación del ADN en la célula
Todas las células eucariotas presentan su ADN encerrado en el núcleo de las mismas. Justamente, las células eucariotas se caracterizan por ello. Humanos, lobos, pinos y champignones son sólo cuatro ejemplos de una gran diversidad de especies que presentan células eucariotas con ADN en el núcleo de ellas. En el caso de los organismos procariontes, el mismo se encuentra esparcido en el citoplasma.
Analicemos un poco mejor el caso de las células eucariotas. Si una moléculas de ácido desoxirribonucleico presenta hasta miles de nucleótidos, ¿cómo puede caber tan fácilmente dentro del reducido espacio del núcleo? En principio, debemos saber que el mismo presenta ciertos “niveles de empaquetamiento” y, de esta forma, es capaz de caber dentro del núcleo. Sucede que las cadenas de ADN se unen a unas proteínas llamadas histonas. Ocho histonas forman el primer nivel de condensación del ácido desoxirribonucleico: el nucleosoma. El siguiente nivel de empaquetamiento está dado por la cromatina que pasa por diferentes niveles de condensación hasta dar lugar a los cromosomas. Cada cromosoma está compuesto por una única molécula de ácido desoxirribonucleico asociada a proteínas.
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La replicación del ADN
La replicación del ADN, también conocida como autoduplicación del ácido desoxirribonucleico, es uno de los procesos fundamentales en la biología celular. Este fenómeno biológico es crucial para la transmisión precisa de la información genética de una célula madre a sus células hijas, garantizando la continuidad y estabilidad de la información genómica en la vida de un organismo.
La replicación del ADN es esencial para el crecimiento, desarrollo y mantenimiento de los seres vivos. Es un proceso que precede a la división celular, asegurando que cada célula hija reciba una copia idéntica y completa del material genético. Además, la exactitud en la replicación es crucial para la integridad genómica y para la función celular adecuada.
Estructura del ADN y Mecanismo de Replicación
Dijimos anteriormente que el ADN está compuesto por dos cadenas complementarias de nucleótidos que forman una doble hélice. Durante la replicación, las dos hebras de ADN se separan y cada una sirve como plantilla para la síntesis de una nueva hebra complementaria. Este proceso ocurre en múltiples pasos, que incluyen la desenrolladura del ácido desoxirribonucleico, la formación de la horquilla de replicación, la síntesis de nueva cadena de ADN y la unión de las nuevas hebras.
La duplicación del ácido desoxirribonucleico se da en diferentes etapas. Nosotros las hemos clasificado en cuatro posibles:
Etapas de la replicación del ácido desoxirribonucleico
- Desenrolladura y Desenlace: En primer lugar, las enzimas helicasas desenrollan y separan las dos hebras de ácido desoxirribonucleico en la horquilla de replicación. Analicémoslo de manera más profunda: comienza cuando la helicasa actúa como un pequeño “abridor” desenrollando la doble hélice del ADN en la región que se replicará, creando una horquilla de replicación. Este desenrollado reduce la tensión en la estructura de doble hélice.
- Formación de la Horquilla de Replicación: En esta zona abierta, se forma la horquilla de replicación. La ADN polimerasa se une a la hebra desenrollada y comienza a sintetizar la nueva cadena de ácido desoxirribonucleico. Hay una hebra continua llamada hebra líder y una discontinua conocida como hebra rezagada.
- Síntesis de Nuevas Cadenas: La ADN polimerasa se desplaza a lo largo de la hebra parental y añade nucleótidos complementarios a la hebra original. La hebra líder se sintetiza continuamente en dirección 5′ a 3′, mientras que la hebra rezagada se sintetiza en fragmentos cortos llamados fragmentos de Okazaki.
- Unión de las Hebras: Una enzima llamada ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada, creando una cadena continua de ácido desoxirribonucleico. Este proceso se repite a lo largo de toda la horquilla de replicación.
La replicación del ácido desoxirribonucleico es un proceso altamente preciso gracias a la acción de enzimas especializadas que corrigen los errores. Las ADN polimerasas tienen la capacidad de revisar y corregir los errores de emparejamiento de nucleótidos, manteniendo la fidelidad en la secuencia del ADN. Las enzimas son:
- Helicasa: Se encarga de desenrollar y abrir la doble hélice del ADN.
- ADN Polimerasa: Añade los nucleótidos complementarios a la hebra original, construyendo la nueva cadena de ácido desoxirribonucleico.
- ADN Ligasa: Une los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada, completando la cadena de este polímero.
La replicación del ácido desoxirribonucleico es el fundamento de la herencia genética. La exactitud en este proceso es crucial para transmitir la información genética de generación en generación. Errores en la replicación pueden dar lugar a mutaciones, cambios en la secuencia del ADN que pueden tener efectos tanto beneficiosos como perjudiciales en la evolución y la salud.
La comprensión de la replicación del ácido desoxirribonucleico ha llevado a numerosas aplicaciones en la investigación biomédica, desde técnicas de ingeniería genética hasta diagnósticos médicos y desarrollo de fármacos. La manipulación controlada de la replicación del ácido desoxirribonucleico ha revolucionado la biotecnología y la medicina moderna.
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