Material genético
El material genético está compuesto principalmente por 5 bases nitrogenadas. Tanto el ADN (ácido desoxirribonucleico) como el ARN (ácido ribonucleico) han sido utilizados como moléculas para transmitir la codificación de proteínas entre generaciones. El ADN normalmente está formado por 4 bases nitrogenadas: adenina, citosina, guanina y timina, mientras que en el ARN la timina es sustituida por uracilo.La timina es químicamente 5-metiluracilo, por eso el ADN incorpora timina y no uracilo, permitiendo que la desaminación espontánea de citosina se detecte y repare con rapidez. El grupo metilo favorece el apilamiento de bases y aporta una ligera estabilidad extra a la doble hélice, sin alterar la complementariedad con la adenina. Puedes leer más sobre las propiedades de cada una de las bases nitrogenadas en su propio artículo . Además de estas bases en ocasiones muy concretas pueden formar parte de la cadena de ácidos nucleicos otras bases más raras, pero que derivan de alguna de estas 5.Entre las bases modificadas más comunes destaca la 5-metilcitosina del ADN eucariota, asociada a regulación epigenética, y la N6-metiladenina en muchas bacterias. En ARN son frecuentes la pseudouridina y la inosina, especialmente en tRNA, donde amplían el apareamiento de bases y ajustan la estructura del ARN para su función. La hipótesis más extendida es que el ARN fue la primera molécula en servir para almacenar información genética que después fue sustituida por el ADN, más estable.
El ADN es la molécula más utilizada para conservar la información genética, el ARN es más inestable y puede sufrir más mutaciones por causas externas, como la luz ultravioleta. La mayoría de organismos codifican sus genes en ADN y tan solo éste es transcrito a ARN para su traducción en proteínas. El ARN es utilizado como material genético en unos pocos grupos de virus, cuyas proteínas están codificadas en una peque cantidad de bases nitrogenadas. Sin embargo, no todo el ADN o ARN forma parte del material hereditario. Más bien al contrario, una gran cantidad del genoma cumple otras funciones. Puedes leer más sobre el asunto aquí.
Tanto el ADN como el ARN son macromoléculas lineales, no ramificadas, que están formadas por las cuatro bases nitrogenadas que las componen unidas a través de un monosacárido, la ribosa, de 5 carbonos y un grupo fosfato, que establece la unión entre dos ribosas.En el ADN el monosacárido es 2-desoxirribosa, carente de hidroxilo en 2’, mientras que en el ARN es ribosa, que sí posee ese 2’-OH reactivo. Los nucleótidos se enlazan mediante puentes fosfodiéster 3’–5’, lo que confiere carga negativa al esqueleto y hace al ARN más propenso a hidrólisis alcalina por su 2’-OH. Al conjunto base nitrogenada, ribosa más fosfato se le denomina nucleótido y es la unidad básica de ADN o ARN.
Para aumentar su estabilidad el ADN es capaz de unirse, a través de la base nitrogenada, a otra molécula de ADN, formando una doble hebra. El ARN también tiene la capacidad de formar dobles hebras, algunos virus contienen su material genético en dobles hebras de ARN. Además el ARN puede hibridar con el ADN, y de hecho lo hace de forma común en todos los organismos, con muchos fines, desde el silenciamiento génico, hasta el inicio de la copia del ADN.
Las uniones entre las bases nitrogenadas se realizan de forma complementaria, es decir, la Adenina siempre se unirá a la Timina y la Guanina a la Citosina. La Adenina y la Guanina derivan de la purina, una molécula con dos anillos aromáticos (heterocíclicos). La Timina, el Uracilo y la Citosina derivan de la pirimidina y su forma es de un anillo aromático. De esta manera ya tenemos que una base purica se se une a una pirimidínica y que además esta unión es muy selectiva (A-T, A-U y G-C).
La unión entre la Adenina y la Timina o el Uracilo es menos fuerte que entre la Guanina y la Citosina, esto es debido a que entre ambas moléculas se establece tan solo 2 enlaces de hidrógeno, frente a los 3 que se encuentran en una relación C-G.
Un mayor contenido en G-C eleva la temperatura de fusión de la doble hélice, porque requiere más energía romper tres puentes de hidrógeno y sus interacciones de apilamiento. La fuerza iónica de la disolución también influye en la estabilidad, ya que los cationes apantallan la carga del esqueleto fosfato y reducen la repulsión electrostática.
Las hebras tienen un sentido de lectura por parte de las enzimas polimerasas desde el extremo 5’ al 3’.Las polimerasas extienden la cadena en dirección 5’?3’ añadiendo nucleótidos al 3’-OH, por ello leen la hebra molde en orientación 3’?5’. Las dos hebras de un ácido nucleico apareado son antiparalelas, de modo que las secuencias se escriben 5’?3’ en cada caso aunque discurran en sentidos opuestos en la hélice. Cuando se juntan dos hebras, mediante sus bases nitrogenadas cada hebra es complementaria de la otra, de tal manera que si una hebra está formada por 5’ATCGAATT3’, la complementaria está formada por 5’AATTCGAT3’.