ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS DNA Y RNA

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ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: DNA Y RNA
 
Las moléculas de DNA y RNA están formadas por cadenas de polinucleótidos unidos por
enlaces fosfodiéster y cada nucleótido consta de una base nitrogenada, un azúcar y un
grupo fosfato. Las bases nitrogenadas se derivan de la purina, adenina (A) y guanina (G),
o la pirimidina, citosina (C), timina (T) y uracilo (U). Las cuatro primeras se encuentran
en el DNA y la timina se reemplaza por el uracilo en el RNA. Las bases nitrogenadas se
unen con una pentosa para formar un nucleósido. En el RNA, el azúcar es la ribosa y en el
DNA es la 2’-desoxirribosa. Los átomos de carbono de los anillos de las pentosas se
designan con números primos para distinguirlos de los de las bases. La unión entre la base
nitrogenada y el azúcar es un enlace N-glucosídico, que se establece entre el N1 de las
pirimidinas o el N9 de las purinas y el carbono 1´ de la pentosa. Los nucleótidos se forman
por la unión de un grupo fosfato a cada nucleósido en el carbono 5’ del azúcar. Para formar
una cadena de polinucleótidos, el grupo 5’-fosfato de un nucleótido se une en forma
covalente por un enlace fosfodiéster con el grupo 3’-hidroxilo de la pentosa de otro
nucleótido. Por lo tanto, una cadena de polinucleótidos posee un grupo 5’-fosfato libre en
un extremo y un grupo 3’-hidroxilo libre en el otro. Esto permite determinar la polaridad de
cada cadena que puede dirigirse de 5’ → 3’ o de 3’ → 5’ (figura 2-2).
 
FIGURA
2-2
Componentes estructurales de los ácidos nucleicos y estructura de la doble hélice del DNA. A, bases
nitrogenadas. B, azúcares presentes en el DNA y el RNA. C, nucleósido y nucleótido con citosina. D,
formación de puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas en el DNA de acuerdo con la
complementariedad de bases. La guanina forma tres puentes de hidrógeno con citosina y la adenina dos con
timina. E, modelo B de Watson y Crick para la doble hélice del DNA. Se muestran las polaridades 5’→3’ y
3’→5’ de las cadenas antiparalelas, las distancias entre los pares de nucleótidos y en cada giro, y el diámetro
de la molécula.
 
 
En una célula, por lo general, las moléculas de RNA existen como moléculas de una sola
cadena, mientras que la estructura del DNA es una doble hélice compuesta por dos cadenas
antiparalelas de polinucleótidos. En 1953, J. Watson y F. Crick propusieron la estructura
tridimensional de la doble hélice del DNA, para lo cual se basaron en tres evidencias
fundamentales:
 
1. El conocimiento de que la molécula de DNA estaba compuesta de bases nitrogenadas,
azúcares y grupos fosfatos unidos en una cadena de polinucleótidos.
2. Los resultados de los experimentos de E. Chargaff que demostraron que, en moléculas
de DNA de organismos diferentes, la cantidad de A siempre era igual a la de T y la
cantidad de G a la de C; por lo tanto, en una molécula de DNA, la cantidad de purinas
siempre es igual a la de pirimidinas (reglas de Chargaff).
3. Las fotografías de difracción de rayos X de fibras de DNA realizadas por R. Franklin y
M.Wilkins, que mostraron que la molécula de DNA estaba organizada en una estructura
helicoidal dextrógira altamente ordenada con dos periodicidades, una de 0.34 nm y otra
de 3.4 nm a lo largo de toda la hélice, la cual tenía un diámetro constante de 2 nm.
 
En la doble hélice de DNA, los azúcares y grupos fosfatos quedan en el exterior de la
molécula y forman un polianión debido a las cargas negativas de los grupos fosfato. Las
bases nitrogenadas, de naturaleza hidrofóbica, permanecen en el interior de la hélice
orientadas en forma paralela entre sí y perpendicular con respecto al eje central de la
molécula del DNA. Las cadenas se mantienen unidas por puentes de hidrógeno entre las
bases nitrogenadas complementarias: A con T mediante dos puentes de hidrógeno y G con
C forman tres (figura 2-2,D y E).
La estructura anterior corresponde al modelo B (DNA B), que a su vez corresponde a las
condiciones fisiológicas de la mayor parte de las células procariontes y eucariontes. Sin
embargo, el DNA puede adoptar diferentes tipos de estructuras dextrógiras según sea su
grado de hidratación (DNA A, C, D y E). Un modelo más, el DNA Z, es el único con giros
hacia la izquierda que se producen cada 12 pares de bases en una secuencia alternada de
purina y pirimidina, por lo general GC. Se han reconocido proteínas que interactúan con
estructuras de DNA Z, sobre todo en regiones del genoma ricas en GC, por lo que éste
parece ser un mecanismo más de regulación de la expresión génica.
Las moléculas de RNA forman estructuras de doble hélice intracatenarias por
apareamiento entre A y U, y entre G y C. Estas estructuras secundarias de tallo-asa se
observan en todos los RNA y son necesarias para que realicen sus funciones. También el
RNA puede aparearse por complementariedad con el DNA (como ocurre durante la
transcripción) o con una segunda molécula de RNA (p. ej., durante la remoción de
intrones). En algunas regiones del genoma humano, como en una región pequeña del
mtDNA y en los telómeros de los cromosomas, las moléculas de DNA poseen estructuras
de triple hélice, formadas por tres cadenas de polinucleótidos. Asimismo, pueden
encontrarse apareamientos inusuales entre las bases nitrogenadas como los apareamientos
de Hoogsteen identificados en los cuartetos de guanina de los telómeros.