Doble hélice

Definición

Doble hélice es el término utilizado para describir la forma de nuestra molécula hereditaria, el ADN. Esta estructura, reconocible al instante, consiste en dos hebras de ADN retorcidas una alrededor de la otra y conectadas en el centro por enlaces de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno se forman entre los nucleótidos, la unidad repetitiva del ADN y el lenguaje del código genético.

La estructura de doble hélice del ADN se descubrió en una investigación histórica atribuida a James Watson y Francis Crick en la década de 1950. Este hallazgo se considera uno de los avances más importantes de la biología hasta la fecha. La historia del descubrimiento de la doble hélice del ADN también lleva aparejadas algunas controversias, con afirmaciones de que los científicos implicados no reconocieron las contribuciones de otros, concretamente de Rosalind Franklin.

Una visión general de la estructura del ADN

Cada hebra de ADN está formada por una serie de unidades repetitivas llamadas nucleótidos. Por lo tanto, cada hebra de ADN se denomina polinucleótido. Estos nucleótidos están formados por tres componentes:

• un azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa)
• un grupo fosfato
• una base nitrogenada

El cuarto carbono del azúcar desoxirribosa de un nucleótido forma un enlace fosfodiéster con el grupo fosfato de la base adyacente. Esto forma la base de la columna vertebral de azúcar-fosfato de la cadena del ADN.

Las bases nitrogenadas son el «lenguaje» del ADN. Hay cuatro bases nitrogenadas en el ADN: guanina (G), adenina (A), timina (T) y citosina (C). Pueden dividirse en dos grupos en función de su estructura. La guanina y la adenina son purinas, con un anillo de nitrógeno de dos carbonos; y la timina y la citosina son pirimidinas, con un anillo de nitrógeno de un carbono.

La combinación de estas cuatro letras en las moléculas de ADN es lo que llamamos el código genético, y este código contiene todas las instrucciones para construir y hacer funcionar un organismo entero.

Cada una de estas cadenas de polinucleótidos está emparejada con una cadena complementaria y se envuelve una con otra para formar la estructura de doble hélice. ¿Cómo se descubrió esta compleja estructura?

El descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN

El descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN es uno de los avances científicos más importantes y conocidos. El descubrimiento se atribuye a James Watson, un biólogo, y a Francis Crick, un físico, en la década de 1950. Más tarde ganaron el Premio Nobel por su investigación, junto con Maurice Wilkins, a quien a menudo se pasa por alto su importante papel en la investigación que condujo al descubrimiento. De hecho, su autobiografía se titula «El tercer hombre de la doble hélice».

Antes de la publicación de sus descubrimientos, ya se habían realizado muchas investigaciones, y se había arrojado algo de luz, sobre la composición del ADN. Por ejemplo, ya se sabía que el ADN está compuesto por nucleótidos y que la proporción entre purinas y pirimidinas en una molécula de ADN es igual (lo que se conoce como la regla de Chargaff).

Watson y Crick derivaron su modelo poniendo estas pruebas, así como los datos de cristalografía de rayos X recogidos por Rosalind Franklin, en una estructura que satisfacía los parámetros de todas las pruebas recogidas anteriormente. Utilizaron una serie de modelos de cartón, construyéndolos cuidadosamente hasta formar una estructura que tuviera sentido. De este modo, crearon un modelo que, décadas después, se considera ampliamente preciso. Se puede leer el artículo original, completo con anotaciones, aquí.

Una vez que completaron su investigación, supuestamente tuvieron un momento de «eureka», y Crick corrió a su pub local en Cambridge para anunciar que él y Watson habían «descubierto el secreto de la vida».

El pub, llamado The Eagle, erigió una placa dentro y otra fuera para conmemorar la ocasión. La placa fue modificada en su día por un miembro del público, que añadió «+ Franklin en reconocimiento al importante papel desempeñado por Rosalind Franklin»

Las características de la estructura de la doble hélice del ADN

Algunas de las características importantes del modelo Watson/Crick de la doble hélice del ADN incluyen:

Direccionalidad de la hélice

Una sola molécula de ADN consta de dos hebras que se enroscan una alrededor de la otra para formar una hélice. La hélice gira aproximadamente una vez cada diez nucleótidos. La dirección de la hélice es casi siempre hacia la derecha, es decir, si imaginamos las dos hebras como una escalera de caracol por la que vamos a bajar, tendríamos que girar hacia la derecha para descender. La parte exterior de la hélice contiene las hebras de ADN, y el núcleo de la hélice contiene las bases nitrogenadas.

Emparejamiento de bases complementarias

Cuando los nucleótidos de cada hebra se someten a enlaces de hidrógeno, lo hacen de una manera particular. Las adeninas siempre se emparejan con las timinas y las citosinas y siempre se emparejan con las guaninas. Hay tres enlaces de hidrógeno entre la guanina y la citosina, y dos enlaces de hidrógeno entre las timinas y las guaninas. Así, se dice que las cadenas de ADN son complementarias entre sí.

Código genético

La secuencia de los nucleótidos es variable entre los organismos, y es lo que contiene la información genética y hace que cada organismo sea único. La secuencia del ADN se propaga entre generaciones. Por lo tanto, la secuencia del ADN es esencial para la continuación de la vida.

Orientación antiparalela

Las hebras de ADN corren antiparalelas entre sí. Esto significa que al final de una molécula concreta, una hebra termina en un grupo fosfato (llamado 5′ porque el grupo fosfato está unido al quinto carbono), y la otra hebra termina en un grupo hidroxilo (llamado 3′ porque el grupo OH está en el tercer carbono). Lo contrario ocurre en el otro extremo de la molécula.

Surcos mayores y menores

La estructura del ADN hace que la espina dorsal de las dos cadenas esté más cerca en un lado de la hélice que en el otro. Cuando están más cerca, la estructura se llama surco mayor. Cuando están más separadas, la estructura se denomina surco menor.

Estos lados son funcionalmente importantes, ya que ciertas proteínas se unen preferentemente al surco mayor. Estas proteínas suelen ser factores que necesitan interactuar con los nucleótidos, como los factores de transcripción o las enzimas de replicación del ADN. Por el contrario, otras proteínas que no requieren especificidad de secuencia interactuarán con el surco menor.

La enzima desenrolladora

Para que el ADN pase a la siguiente generación, tiene que ser copiado. Para que se replique fielmente, la doble hélice debe desenrollarse o descomprimirse, para que la maquinaria celular tenga acceso a la secuencia de nucleótidos. La función de la helicasa es remodelar la estructura del ADN rompiendo los enlaces de hidrógeno entre los nucleótidos emparejados. La ADN helicasa también es importante durante la reparación de daños en el ADN y el proceso de transcripción.

Estructuras alternativas del ADN

El modelo de Watson y Crick se refiere a la estructura más común del ADN, llamada ADN-B. Otras dos conformaciones del ADN son mucho más raras en la naturaleza: El ADN-Z y el ADN-A. El ADN-Z es una hélice zurda sin grandes diferencias que definen los surcos mayor y menor. El ADN-A tiene una estructura mucho más similar a la del ADN-B, pero es más comprimido y compacto.

Cuestionario

Bibliografía