Entonces, esto es ADN : un polímero (cadena) de desoxirribosas (el azúcar, en rosa) que contiene bases nitrogenadas (A, TC, G, en azul) y unidas por enlaces que contienen fósforo (la “P”).
Empecemos por la parte más importante: BASES DE NITRÓGENO . La alternancia de bases (… ATCG … etc), también conocida como secuencia de ADN, contiene la mayor parte de la información del ADN. Al igual que puede codificar información utilizando 0 y 1, la naturaleza utiliza un sistema con 4 valores, que puede almacenar mucha más información.
Estas bases no solo contienen información per se, sino que también crean estructuras 3D.
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Por ejemplo, su estructura química explica la conocida forma helicoidal del ADN; como dos bases enfrentadas deben alinearse exactamente como se muestra aquí, generan restricciones; vea las variaciones de la orientación del enlace con la D (desoxirribosa) en esta imagen: debido a la geometría molecular, la forma de las bases de nitrógeno individuales genera la forma helicoidal del ADN.
Esta estructura helicoidal es importante para el ensamblaje ADN-proteína: algunos reguladores genéticos se unen específicamente al surco mayor o menor del ADN, por ejemplo.
La interacción entre pares de bases consecutivas (en adelante dibujadas como planos 2D) también puede “doblar” la hélice del ADN a una escala mayor:
Tales variaciones geométricas consecutivas, causadas por las bases de nitrógeno, forman estructuras que pueden ser reconocidas por proteínas que controlan la expresión de los genes; por lo tanto, las bases almacenan incluso más información que su mera secuencia lineal.
Las bases de nitrógeno también pueden modificarse químicamente, por ejemplo, mediante la adición de grupos metilo (-CH3).
Estas modificaciones químicas de las bases almacenan información sobre la expresión de los genes; estos cambios químicos sutiles, conocidos como modificaciones epigenéticas, explican parcialmente por qué dentro de su cuerpo todas las células tienen el mismo ADN pero expresan genes específicos, dependiendo de su función. Ahora hay mucha investigación centrada en la epigenética, ¡con resultados a veces sorprendentes!
Ahora, echemos un vistazo al DEOXYRIBOSE en el ADN. La desoxirribosa es solo un nombre elegante que dice “una especie de azúcar conocida como ribosa, en la que falta un grupo -OH”
Para la desoxirribosa (y la ribosa, en el ARN, porque después de eso es la principal diferencia), el trabajo es simple: el azúcar simplemente está ahí para mantener las cosas juntas de una manera flexible pero no demasiado flexible. Es sobre todo un enlazador. Los estudios técnicos explican por qué se seleccionó (desoxi) ribosa como el componente de azúcar de los ácidos nucleicos. Para simplificar las cosas: otros azúcares tienen grupos químicos adicionales (por ejemplo, metil-CH3) que son un poco demasiado voluminosos para ser compatibles con el apilamiento compacto de las bases de nitrógeno en el ADN y el ARN.
Para el ADN, la desoxirribosa es mejor que la ribosa porque el extra-OH de la ribosa tiende a atraer electrones cercanos (menos las cargas) y, por lo tanto, actúa como una carga negativa local. Sucede que los enlaces fosfato también tienen una carga negativa (hablaremos de esto), por lo que las dos cargas negativas se repelen entre sí y desestabilizan la estructura del ARN (lo que explica por qué el ARN es flexible y no helicoidal). Para el ADN, es deseable una estructura más estable, por lo que la naturaleza ha seleccionado la forma desoxigenada.
Por último, pero no menos importante: los BONOS DEL FOSFODIESTER . Sí, ese es el nombre real del “fosfato”.
Como mencionó alguien, antes de la polimerización de los desoxirribonucleótidos individuales (es decir, phophate + sugar + base) hay una cadena de 3 fosfatos en cada azúcar. El enlace (fosfodiéster) entre estos tres fosfatos es muy inestable, es decir, realmente “quiere” romperse, por lo que libera mucha energía cuando se rompe. La pérdida de los dos fosfatos externos durante la polimerización del ADN proporciona la energía necesaria para la integración del nuevo monómero en la cadena. Pero oye, ¿qué sentido tiene dejar un fosfato? Bueno, cada enlace fosfodiéster (que en realidad es fosfato y oxígeno) está cargado negativamente. Esto es importante para la estabilidad: la carga negativa protege el enlace de la hidrólisis espontánea del agua (y el ADN siempre está rodeado de agua). Por lo tanto, la vida media del enlace entre dos pares de bases de ADN es muy larga (docenas de años), incluso en condiciones extremas. Hablando geométricamente, otros tipos de enlaces funcionarían (vea el ejemplo con citrato aquí) pero carecerían de la estabilidad necesaria para preservar una gran cantidad de información durante largos períodos de tiempo.
…
Y eso es todo, en la versión “simple” de la biología molecular.
El ADN es lo que todos los seres vivos tienen en común *, por una buena razón: es una obra maestra de simplicidad y elegancia. Apenas estamos empezando a entender su increíble potencial. ¿Pero adivina que? ¡Hay una buena probabilidad de que el ARN estuviera allí primero!