ADN: qué es, características, funciones, estructura, importancia
¿Qué es el ADN?
ADN (ácido desoxirribonucleico) es la biomolécula que compone al genoma de todos los seres vivos y de algunos tipos de virus. Contiene la información necesaria para el origen de un organismo y para que el mismo funcione.
Los científicos utilizan el término genoma para referirse al conjunto completo de todas las moléculas de ADN que están en las células de cualquier ser vivo: en el núcleo celular eucariota (y una pequeña cantidad en las mitocondrias y cloroplastos) y en la región nucleoide del citosol de las células procariotas.
El ADN es concebido como el conjunto de planos o instruccionesgenéticas de cada organismo vivo, puesto que la información contenida en los genes (segmentos definidos del genoma) proporciona las bases moleculares para la fabricación de las proteínas, que son los principales bloques estructurales de las células.
Las proteínas no solo forman las enzimas capaces de catalizar las reacciones químicas celulares, sino que también son las entidades principales que permiten que una célula regule la actividad de sus genes, se mueva, se comunique con su entorno, responda a este, se multiplique y cumpla su ciclo de vida.
Cada especie tiene un genoma único que la define, el cual es transmitido fielmente de una generación a la siguiente y esto es cierto tanto para los organismos unicelulares como para los pluricelulares.
Desde antes de su descubrimiento formal en 1869 por el suizo Friedrich Miescher, el ADN ha sido extensamente estudiado y es la base de gran parte de las investigaciones de muchas de las disciplinas científicas que tienen que ver con los seres vivos.
Características del ADN
– El ADN se encuentra en las células, mayoritariamente en el núcleo (ADN nuclear), y una menor cantidad en las mitocondrias (ADN mitocondrial).
– Es una macromolécula formada esencialmente por carbono, hidrógeno, oxígeno, fósforo y nitrógeno.
– Consiste en una cadena doble de unidades químicas llamadas bases nitrogenadas que se asocian complementariamente entre sí (adenina, timina, guanina y citosina) y que están ‘armadas’ en un andamio o esqueleto formado por azúcares (desoxirribosa) y grupos fosfato.
– Forma el genoma de todas los seres vivos sobre la tierra (y de algunos virus).
– En las células eucariotas, el ADN consiste en moléculas lineales asociadas con proteínas (histonas) que contribuyen en su compactación para formar la cromatina, la ‘sustancia’ que forma los cromosomas contenidos en el núcleo.
– En las células procariotas consiste en (1) una molécula circular que se ubica en la región nucleoide del citosol, también en interacción con algunas proteínas, y (2) algunas moléculas ‘extracromosomales’ conocidas como plásmidos.
– El orden de las bases nitrogenadas que componen al ADN que forma a cada gen determina la secuencia peptídica de la proteína para la que codifica y este ‘código’ es ‘leído y descifrado’ durante los procesos de transcripción y traducción.
– Es la principal molécula hereditaria celular, puesto que la información que porta puede ser fielmente pasada de una generación a la siguiente, lo que ocurre en cada especie sobre la biósfera y que es fundamental para el mantenimiento de su identidad.
Funciones del ADN
El ácido desoxirribonucleico ejerce funciones cruciales para todos los organismos que conocemos, y algunas de estas funciones fueron inferidas antes de que se comprendiera por completo su estructura y sus características fisicoquímicas.
Dicha macromolécula funciona fundamentalmente como:
- Material hereditario: todas las células de un organismo (unicelular o pluricelular) tienen esencialmente el mismo conjunto de genes (el mismo genoma), lo que es posible únicamente gracias a la transmisión fiel del ADN de una generación a la siguiente a través de su replicación.
- Codifica y almacena información: el ADN contiene toda la información necesaria para que las células y los organismos sean lo que son y ejerzan sus funciones particulares. Tal información contiene el código que, al leerse, es ‘descifrada’ en las proteínas que componen a las células, sin las cuales la vida no sería posible.
- Admite cambios: aunque constante, la información hereditaria contenida en el ADN puede cambiar en ciertas ocasiones producto de mutaciones, lo que no solo les aporta cierta plasticidad a los seres vivos, sino que hace posible el desarrollo de nuevas especies (es el material sobre el que ‘actúa la selección natural’).
Estructura del ADN
El ADN (ácido 2’-desoxi-5’-ribonucleico) es una macromolécula formada por distintas unidades químicas que se repiten en órdenes distintos, es decir, es un biopolímero y está formado por dos cadenas de monómeros unidos linealmente, a los que llamamos nucleótidos.
Doble hélice
Su estructura principal consiste en una doble hélice, que está formada por dos hebras complementarias de nucleótidos que están unidos entre sí lineal y transversalmente por diferentes tipos de enlaces químicos.
Las bases nitrogenadas complementarias se ordenan de tal forma que la doble hélice se asemeja a una escalera de caracol.
La estructura del ADN fue dilucidada en la década de 1950, gracias a los trabajos de grandes investigadores, entre ellos J. Watson, F. Crick y R. Franklin.
Monómeros
Los nucleótidos -que son los monómeros del polímero de ADN- están compuestos por tres moléculas químicas:
- Un azúcar.
- Un grupo fosfato.
- Una base nitrogenada.
El azúcar es la misma para todos los monómeros: la desoxirribosa. La desoxirribosa es un azúcar de cinco carbonos cuya estructura cíclica contiene 4 átomos de carbono y un átomo de oxígeno, con un grupo hidroxilo (-OH) unido al tercer carbono del anillo y un átomo de carbono unido al cuarto.
El grupo fosfato también es común para todos los nucleótidos y está compuesto por cuatro átomos de oxígeno unidos a un átomo de fósforo.
Las bases nitrogenadas son 4: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). Estas moléculas se unen al azúcar desoxirribosa fosfato para formar un nucleótido.
Se conocen como ‘bases nitrogenadas’ porque tienen más de un átomo de nitrógeno en su estructura, y son moléculas relativamente complejas.
Conexión 5’-3’
Un nucleótido se une a otro linealmente gracias a un tipo de enlace covalente conocido como enlace fosfodiéster, que conecta el átomo de carbono 5’ de un nucleótido con el átomo de carbono 3’ del siguiente.
La numeración 5’ y 3’ hace referencia a los átomos de carbono pertenecientes al azúcar de cada nucleótido ya que, por convención, los carbonos de la desoxirribosa se enumeran en el sentido de las agujas del reloj, siendo el átomo 1’ el que se encuentra a la derecha del átomo de oxígeno en el anillo y el 5’ el que sobresale de la estructura.
Complementariedad de bases
Como ya lo dijimos, el ADN tiene una estructura de doble hélice, formada por dos cadenas de nucleótidos complementarias entre sí.
Mientras que la secuencia lineal de nucleótidos es mediada por enlaces covalentes tipo enlaces fosfodiéster, las bases complementarias que unen las cadenas que se enfrentan están sostenidas por enlaces no covalentes llamados puentes de hidrógeno.
La complementariedad de bases en el ADN es tal, que una adenina siempre ‘aparea’ con una timina y una guanina siempre lo hace con una citosina. Las bases adenina y guanina pertenecen al grupo de las purinas, entretanto la timina y la citosina pertenecen al grupo de las pirimidinas.
Importancia del ADN
Puesto que el ADN contiene la información necesaria para fabricar las proteínas que componen a las células, esta macromolécula es esencial para la vida y su continuidad.
Del ADN depende el crecimiento, el metabolismo, la reproducción y la salud de todos los seres vivos. Esta importancia se hace aún más evidente, por ejemplo, cuando el ADN sufre daños o mutaciones, lo cual generalmente tiene serias consecuencias para nuestra salud (hablando en el contexto humano).
Aunque no toda la información contenida en el ADN funciona en la producción de proteínas, tan importantes son las secuencias codificantes como las que no lo son. Algunos autores hacen una interesante analogía con el texto escrito:
Los genes que codifican las proteínas son las palabras de un texto y los genes o segmentos de ADN que no se ‘leen’ como proteínas proporcionan los espacios y los signos de puntuación que hacen posible que la información del texto sea ‘legible’.
Por otra parte, el ADN es fundamental para el mantenimiento en el tiempo de las especies, pues su perpetuidad depende de que la información contenida en esta macromolécula sea pasada fielmente hacia las siguientes generaciones, conteniendo la menor cantidad posible de cambios.