Ácido desoxirribonucleico (ADN)

Una vez identificada la macromolécula que almacena la información genética, quedaba una nueva pregunta por resolver: ¿cuál es la estructura química del DNA? La respuesta a esta pregunta la darían en 1953 el genetista norteame­ricano James D. Watson y el físico inglés Francis Crick.
Modelo de Watson y Crick

MODELO DE WATSON y CRICK

El modelo planteado por Watson y Crick se basa en la interpretación de los resultados aportados por Chargaff y de los datos experimentales obtenidos por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, a través de una técnica conocida como difracción de rayos X.
Esta técnica permite obtener una representación de la estructura molecular de diferentes compuestos químicos.
Para estos investigadores el DNA consiste en dos cadenas helicoidales en­rrolladas de izquierda a derecha, en torno a un eje común imaginario, a la manera de una escalera de caracol.
El modelo de estos investigadores organiza espacialmente los tres componen­tes del DNA: grupos fosfatos, azúcares de cinco carbonos o pentosas y las ba­ses nitrogenadas.
Las unidades de azúcar y fosfato se orientan hacia el exterior, formando un esqueleto molecular que correspondería a las barandas de la escalera de cara­col. Hacia el interior están las bases nitrogenadas, formando un ángulo recto con el esqueleto de azúcares y fosfatos. En nuestra analogía con la escalera, las bases nitrogenadas corresponderían a los peldaños.
La unión de un grupo fosfato, una pentosa y una base nitrogenada se deno­mina nucleótido. Cada hebra de la doble hélice está formada por muchos nucleótidos, por lo que se dice que es una cadena polinucleotídica.
Watson y Crick postularon que las bases pirimidínicas de una de las cadenas se aparean con las bases purínicas de la otra cadena. De esta forma, la adenina siempre se une con la timina y la citosina con la guanina, lo que representa una confirmación de los resultados de Chargaff.
Concepto molecular de gen
Los trabajos de Mendel y de otros notables genetistas permitieron inferir la existencia de factores que portaban la información genética. Sin embargo, hasta el advenimiento de la Genética Molecular estas partículas no tenían existencia física.
Gracias al trabajo de los primeros genetistas moleculares fue posible com­prender que el lugar físico de las partículas o genes se encontraba en el DNA y que cada gen contenía la información genética para la síntesis de una enzima. Investi­gaciones posteriores modificaron el postulado estableciendo que cada gen co­dificaba para la síntesis de un polipéptido.
Hoy sabemos que la secuencia lineal de las bases nitrogenadas determina la información genética característica de un ser vivo y son las pautas que diri­gen la síntesis de las proteínas.
El DNA posee la información que controla la duplicación del material ge­nético y la regulación de su expresión.
Las unidades básicas del DNA son los desoxirribonucleótidos.
Un desoxirribonucleótido está formado por una pentosa llamada desoxirribo­sa, una base nitrogenada y un grupo fosfato.
En cada nucleótido el grupo fosfato se une al carbono número 5 de la pentosa, y la base nitrogenada lo hace en el carbono número 1. Los nucleótidos de una misma cadena se unen a través de un enlace lla­mado fosfodiester, en el que parti­cipan los carbonos número 3 del azúcar de un nucleótido y el número 5 de la pentosa del nucleótido si­guiente.
Las bases nitrogenadas de cada ca­dena se unen a través de enlaces llamados puentes de hidrógeno. Los estudios demuestran que la adenina se une con la timina a tra­vés de dos puentes de hidrógeno, en tanto que la guanina y la citosina se unen por tres puentes de hidrógeno. Si bien el nucleótido es la unidad básica del DNA cabe preguntarse cuál de los tres componentes de un nucleótido es el que codifica la in­formación genética. Al examinar distintos nucleótidos, se observa que el único componente que cam­bia es el de las bases nitrogenadas, por lo que se concluye que este es el componente químico que codifica la información genética.

Propiedades del DNA
La Genética Molecular ha estudiado con detalle los procesos que conducen a la duplicación del DNA y que permiten asegurar una repartición equitativa del material genético durante la división celular. También se ha interesado por comprender los mecanismos que permiten la expresión de la información genética contenida en el DNA.
El dogma central de la Genética Molecular sintetiza los procesos que permi­ten la duplicación del DNA así como los mecanismos por los cuales se expresa la información genética. Se distinguen así tres procesos fundamentales: repli­cación, transcripción y traducción.

1- Replicación
Es el proceso que permite la formación de nuevas copias de la información ge­nética a partir de una molécula patrón de DNA. Como consecuencia, se gene­ran dos copias de DNA, cada una idéntica a la otra en cantidad y calidad de la información genética.
La replicación es un proceso bioquímico controlado en forma precisa por nume­rosas proteínas y enzimas.


2- Transcripción
La expresión de la información genética requiere que el mensaje contenido en el DNA se copie en una molécula semejante llamada ácido ribonucleico (RNA). Este proceso se denomina transcripción.
El RNA presenta diferencias respecto del DNA: el azúcar presente en su es­tructura es una pentosa llamada ribosa; el RNA tiene una base llamada ura­cilo en vez de timina y está formada solo por una hebra.

3- Traducción
Como su nombre lo indica, es el proceso que "traduce" la información del RNAm en proteínas específicas. En él intervienen proteínas citoplasmáticas, enzimas, RNAm, RNAr, RNAt y los ribosomas, el lugar físico donde se lleva a cabo la síntesis de las proteínas.


Niveles de organización del DNA eucarionta

Se reconocen cinco niveles de organización del DNA eucariótico: DNA dúplex, hebra nucleosomal, fibra de cromatina, dominios cromosómicos y cromo­soma metafásico.
En el nivel de DNA dúplex se realiza la replicación y transcripción. La fibra de cromatina corresponde al estado en que se encuentra el material genético en la etapa de interfase, mientras que los cromosomas son solo distinguibles durante la mitosis o la meiosis.
Alteraciones y manipulación del DNA
El DNA contiene la información genética para la expresión de la gran mayo­ría de las características de un ser vivo. En ocasiones ocurren alteraciones del patrimonio genético llamadas mutaciones que conducen a la aparición de in formación genética nueva.