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    • Ácido desoxirribonucleico«ADN» redirige aquí. Para otras acepciones, véase ADN (desambiguación).«DNA» redirige aquí. Para otras acepciones, véase DNA (desambiguación).Situación del ADN dentro de una célula.El ácido desoxirribonucleico (frecuentemente abreviado como ADN) es un ácido nucleico quecontiene instruccionesgenéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivosconocidos y algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria. El papel principal de lamolécula de ADN es el almacenamiento a largo plazo de información. Muchas veces, el ADN escomparado con un plano o una receta, o un código, ya que contiene las instrucciones necesarias paraconstruir otros componentes de las células, como las proteínas y las moléculas de ARN. Los segmentosde ADN que llevan esta información genética son llamados genes, pero las otras secuencias de ADNtienen propósitos estructurales o toman parte en la regulación del uso de esta información genética.Desde el punto de vista químico, el ADN es un polímero de nucleótidos, es decir, un polinucleótido. Unpolímero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas entre sí, como si fuera unlargo tren formado por vagones. En el ADN, cada vagón es un nucleótido, y cada nucleótido, a su vez,está formado por un azúcar (la desoxirribosa), una base nitrogenada (que puede
    • ser adenina→A, timina→T, citosina→C o guanina→G) y un grupo fosfato que actúa como enganche decada vagón con el siguiente. Lo que distingue a un vagón (nucleótido) de otro es, entonces, la basenitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando sólo la secuencia de sus bases.La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena (el ordenamiento de los cuatrotipos de vagones a lo largo de todo el tren) es la que codifica la información genética: por ejemplo, unasecuencia de ADN puede ser ATGCTAGATCGC... En los organismos vivos, el ADN se presenta comouna doble cadena de nucleótidos, en la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexionesdenominadas puentes de hidrógeno.1Para que la información que contiene el ADN pueda ser utilizada por la maquinaria celular, debecopiarse en primer lugar en unos trenes de nucleótidos, más cortos y con unas unidades diferentes,llamados ARN. Las moléculas de ARN se copian exactamente del ADN mediante un procesodenominado transcripción. Una vez procesadas en el núcleo celular, las moléculas de ARN pueden saliral citoplasma para su utilización posterior. La información contenida en el ARN se interpreta usandoelcódigo genético, que especifica la secuencia de los aminoácidos de las proteínas, según unacorrespondencia de un triplete de nucleótidos (codón) para cada aminoácido. Esto es, la informacióngenética (esencialmente: qué proteínas se van a producir en cada momento del ciclo de vida de unacélula) se halla codificada en las secuencias de nucleótidos del ADN y debe traducirse para poderfuncionar. Tal traducción se realiza usando el código genético a modo de diccionario. El diccionario"secuencia de nucleótido-secuencia de aminoácidos" permite el ensamblado de largas cadenas deaminoácidos (las proteínas) en el citoplasma de la célula. Por ejemplo, en el caso de la secuencia deADN indicada antes (ATGCTAGATCGC...), la ARN polimerasa utilizaría como molde la cadenacomplementaria de dicha secuencia de ADN (que sería TAC-GAT-CTA-GCG-...) para transcribir unamolécula de ARNm que se leería AUG-CUA-GAU-CGC-... ; el ARNm resultante, utilizando el códigogenético, se traduciría como la secuencia de aminoácidos metionina-leucina-ácido aspártico-arginina-...Las secuencias de ADN que constituyen la unidad fundamental, física y funcional de la herencia sedenominan genes. Cada gen contiene una parte que se transcribe a ARN y otra que se encarga dedefinir cuándo y dónde deben expresarse. La información contenida en los genes (genética) se empleapara generar ARN y proteínas, que son los componentes básicos de las células, los "ladrillos" que seutilizan para la construcción de los orgánulos u organelos celulares, entre otras funciones.Dentro de las células, el ADN está organizado en estructuras llamadas cromosomas que, duranteel ciclo celular, se duplican antes de que la célula se divida. Los organismos eucariotas (porejemplo, animales, plantas, y hongos) almacenan la mayor parte de su ADN dentro del núcleo celular yuna mínima parte en elementos celulares llamados mitocondrias, y en los plastos y los centrosorganizadores de microtúbulos o centríolos, en caso de tenerlos; los organismosprocariotas (bacterias y arqueas) lo almacenan en el citoplasma de la célula, y, por último, los virus
    • ADN lo hacen en el interior de la cápsida de naturaleza proteica. Existen multitud de proteínas, como porejemplo las histonas y los factores de transcripción, que se unen al ADN dotándolo de una estructuratridimensional determinada y regulando su expresión. Los factores de transcripción reconocensecuencias reguladoras del ADN y especifican la pauta de transcripción de los genes. El materialgenético completo de una dotación cromosómica se denomina genoma y, con pequeñas variaciones, escaracterístico de cada especie.Historia de la genéticaArtículo principal: Historia de la genética.Friedrich Miescher, biólogo y médico suizo (1844-1895).El ADN lo aisló por primera vez, durante el invierno de 1869, el médico suizo Friedrich Miescher mientras trabajaba enla Universidad de Tubinga. Miescher realizaba experimentos acerca de la composición química del pus devendas quirúrgicas desechadas cuando notó un precipitado de una sustancia desconocida que caracterizó químicamentemás tarde.2 3 Lo llamó nucleína, debido a que lo había extraído a partir de núcleos celulares.4Se necesitaron casi 70 añosde investigación para poder identificar los componentes y la estructura de los ácidos nucleicos.En 1919 Phoebus Levene identificó que un nucleótido está formado por una base nitrogenada, un azúcar yun fosfato.5 Levene sugirió que el ADN formaba una estructura con forma de solenoide (muelle) con unidades denucleótidos unidos a través de los grupos fosfato. En 1930 Levene y su maestro Albrecht Kossel probaron que la nucleínade Miescher es un ácido desoxirribonucleico (ADN) formado por cuatro bases nitrogenadas(citosina(C), timina (T), adenina (A) y guanina (G)), el azúcar desoxirribosa y un grupo fosfato, y que, ensu estructura básica, el nucleótido está compuesto por un azúcar unido a la base y al fosfato. 6 Sin embargo, Levenepensaba que la cadena era corta y que las bases se repetían en un orden fijo. En 1937William Astbury produjo el primerpatrón de difracción de rayos X que mostraba que el ADN tenía una estructura regular.7
    • Maclyn McCarty con Francis Crick y James D Watson.La función biológica del ADN comenzó a dilucidarse en 1928, con una serie básica de experimentos de la genética modernarealizados por Frederick Griffith, quien estaba trabajando con cepas "lisas" (S) o "rugosas" (R) de labacteria Pneumococcus (causante de la neumonía), según la presencia (S) o no (R) de una cápsula azucarada, que es laque confiere virulencia (véase también experimento de Griffith). La inyección de neumococos S vivos en ratones produce lamuerte de éstos, y Griffith observó que, si inyectaba ratones con neumococos R vivos o con neumococos S muertos porcalor, los ratones no morían. Sin embargo, si inyectaba a la vez neumococos R vivos y neumococos S muertos, los ratonesmorían, y en su sangre se podían aislar neumococos S vivos. Como las bacterias muertas no pudieron haberse multiplicadodentro del ratón, Griffith razonó que debía producirse algún tipo de cambio o transformación de un tipo bacteriano a otro pormedio de una transferencia de alguna sustancia activa, que denominó principio transformante. Esta sustanciaproporcionaba la capacidad a los neumococos R de producir una cápsula azucarada y transformarse así en virulentas. Enlos siguientes 15 años, estos experimentos iniciales se replicaron mezclando distintos tipos de cepas bacterianas muertaspor el calor con otras vivas, tanto en ratones (in vivo) como en tubos de ensayo (in vitro).8 La búsqueda del «factortransformante» que era capaz de hacer virulentas a cepas que inicialmente no lo eran continuó hasta 1944, año en elcual Oswald Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty realizaron un experimento hoy clásico. Estos investigadores extrajeronla fracción activa (el factor transformante) y, mediante análisis químicos, enzimáticos y serológicos, observaron que nocontenía proteínas, ni lípidos no ligados, ni polisacáridos activos, sino que estaba constituido principalmente por "una formaviscosa de ácido desoxirribonucleico altamente polimerizado", es decir, ADN. El ADN extraído de las cepas bacterianas Smuertas por el calor lo mezclaron "in vitro" con cepas R vivas: el resultado fue que se formaron colonias bacterianas S, porlo que se concluyó inequívocamente que el factor o principio transformante era el ADN.9A pesar de que la identificación del ADN como principio transformante aún tardó varios años en ser universalmenteaceptada, este descubrimiento fue decisivo en el conocimiento de la base molecular de la herencia, y constituye elnacimiento de la genética molecular. Finalmente, el papel exclusivo del ADN en la heredabilidad fue confirmadoen 1952 mediante los experimentos deAlfred Hershey y Martha Chase, en los cuales comprobaron que el fago T2 transmitíasu información genética en su ADN, pero no en su proteína10 (véase también experimento de Hershey y Chase).En cuanto a la caracterización química de la molécula, en 1940 Chargaff realizó algunos experimentos que le sirvieron paraestablecer las proporciones de las bases nitrogenadas en el ADN. Descubrió que las proporciones de purinas eran idénticasa las de pirimidinas, la "equimolecularidad" de las bases ([A]=[T], [G]=[C]) y el hecho de que la cantidad de G+C en unadeterminada molécula de ADN no siempre es igual a la cantidad de A+T y puede variar desde el 36 hasta el 70 por cientodel contenido total.6 Con toda esta información y junto con los datos de difracción de rayos X proporcionados por RosalindFranklin, James Watson y Francis Crick propusieron en 1953 el modelo de la doble hélice de ADN para representarla estructura tridimensional delpolímero.11 En una serie de cinco artículos en el mismo número de Nature se publicó laevidencia experimental que apoyaba el modelo de Watson y Crick.12 De éstos, el artículo de Franklin yRaymond Gosling fuela primera publicación con datos de difracción de rayos X que apoyaba el modelo de Watson y Crick,13 14 y en ese mismonúmero de Nature también aparecía un artículo sobre la estructura del ADN de Maurice Wilkins y sus colaboradores.15Watson, Crick y Wilkins recibieron conjuntamente, en 1962, después de la muerte de Rosalind Franklin, el Premio Nobel enFisiología o Medicina.16 Sin embargo, el debate continúa sobre quién debería recibir crédito por el descubrimiento. 17
    • [editar]Propiedades físicas y químicasEstructura química del ADN: dos cadenas de nucleótidos conectadas mediante puentes de hidrógeno, que aparecen como líneas punteadas.El ADN es un largo polímero formado por unidades repetitivas, los nucleótidos.18 19 Una doble cadena de ADN mide de 22 a26angstroms (2,2 a 2,6 nanómetros) de ancho, y una unidad (un nucleótido) mide 3,3 Å (0,33 nm) de largo. 20 Aunque cadaunidad individual que se repite es muy pequeña, los polímeros de ADN pueden ser moléculas enormes que contienenmillones denucleótidos. Por ejemplo, el cromosoma humano más largo, el cromosoma número 1, tiene aproximadamente220 millones depares de bases.21En los organismos vivos, el ADN no suele existir como una molécula individual, sino como una pareja de moléculasestrechamente asociadas. Las dos cadenas de ADN se enroscan sobre sí mismas formando una especie de escalera decaracol, denominada doble hélice. El modelo de estructura en doble hélice fue propuesto en 1953 por JamesWatson y Francis Crick (el artículo Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid fuepublicado el 25 de abril de1953 en Nature), luego de obtener una imagen de la estructura de doble hélice gracias a larefracción por rayos X hecha por Rosalind Franklin. o22 El éxito de este modelo radicaba en su consistencia con laspropiedades físicas y químicas del ADN. El estudio mostraba además que la complementariedad de bases podía serrelevante en su replicación, y también la importancia de la secuencia de bases como portadora de informacióngenética.23 24 25 Cada unidad que se repite, el nucleótido, contiene un segmento de la estructura de soporte (azúcar +fosfato), que mantiene la cadena unida, y una base, que interacciona con la otra cadena de ADN en la hélice. En general,una base ligada a un azúcar se denomina nucleósido y una base ligada a un azúcar y a uno o más grupos fosfatos recibe elnombre de nucleótido.Cuando muchos nucleótidos se encuentran unidos, como ocurre en el ADN, el polímero resultante sedenominapolinucleótido.26
    • [editar]Componentes Estructura de soporte: La estructura de soporte de una hebra de ADN está formada por unidades alternas de grupos fosfato yazúcar.27 El azúcar en el ADN es una pentosa, concretamente, la desoxirribosa. Ácido fosfórico: Enlace fosfodiéster. El grupo fosfato (PO43-) une el carbono 5 del azúcar de un nucleósido con el carbono 3 del siguiente. Su fórmula química es H3PO4. Cada nucleótido puede contener uno (monofosfato: AMP), dos (difosfato: ADP) o tres (trifosfato: ATP) grupos de ácido fosfórico, aunque como monómeros constituyentes de los ácidos nucleicos sólo aparecen en forma de nucleósidos monofosfato. Desoxirribosa: Es un monosacárido de 5 átomos de carbono (una pentosa) derivado de la ribosa, que forma parte de la estructura de nucleótidos del ADN. Su fórmula es C5H10O4. Una de las principales diferencias entre el ADN y el ARN es el azúcar, pues en el ARN la 2-desoxirribosa del ADN es reemplazada por una pentosa alternativa, la ribosa.25 Las moléculas de azúcar se unen entre sí a través de grupos fosfato, que forman enlaces fosfodiéster entre los átomos de carbono tercero (3′, «tres prima») y quinto (5′, «cinco prima») de dos anillos adyacentes de azúcar. La formación de enlaces asimétricos implica que cada hebra de ADN tiene una dirección. En una doble hélice, la dirección de los nucleótidos en una hebra (3′ → 5′) es opuesta a la dirección en la otra hebra (5′ → 3′). Esta organización de las hebras
    • de ADN se denomina antiparalela; son cadenas paralelas, pero con direcciones opuestas. De la misma manera, los extremos asimétricos de las hebras de ADN se denominan extremo 5′ («cinco prima») y extremo 3′ («tres prima»), respectivamente. Bases nitrogenadas: Las cuatro bases nitrogenadas mayoritarias que se encuentran en el ADN son la adenina (A), la citosina (C), la guanina (G) y la timina (T). Cada una de estas cuatro bases está unida al armazón de azúcar-fosfato a través del azúcar para formar el nucleótido completo (base-azúcar-fosfato). Las bases son compuestos heterocíclicos y aromáticos con dos o más átomos de nitrógeno, y, dentro de las bases mayoritarias, se clasifican en dos grupos: las bases púricas o purinas (adenina y guanina), derivadas de la purina y formadas por dos anillos unidos entre sí, y las bases pirimidínicas o bases pirimídicas o pirimidinas (citosina y timina), derivadas de la pirimidina y con un solo anillo.25 En los ácidos nucleicos existe una quinta base pirimidínica, denominada uracilo (U), que normalmente ocupa el lugar de la timina en el ARN y difiere de ésta en que carece de un grupo metilo en su anillo. El uracilo no se encuentra habitualmente en el ADN, sólo aparece raramente como un producto residual de la degradación de la citosina por procesos de desaminación oxidativa. Timina: 2, 4-dioxo, 5-metilpirimidina. Timina: En el código genético se representa con la letra T. Es un derivado pirimidínico con un grupo oxo en las posiciones 2 y 4, y un grupo metilen la posición 5. Forma el nucleósido timidina (siempre desoxitimidina, ya que sólo aparece en el ADN) y el nucleótido timidilato o timidina monofosfato (dTMP). En el ADN, la timina siempre se empareja con la adenina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrógeno, T=A. Su fórmula química es C5H6N2O2 y su nomenclatura 2, 4- dioxo, 5-metilpirimidina.
    • Citosina: 2-oxo, 4-aminopirimidina. Citosina: En el código genético se representa con la letra C. Es un derivado pirimidínico, con un grupo amino en posición 4 y un grupo oxo en posición 2. Forma el nucleósido citidina (desoxicitidina en el ADN) y el nucleótido citidilato o (desoxi)citidina monofosfato (dCMP en el ADN, CMP en el ARN). La citosina siempre se empareja en el ADN con la guanina de la cadena complementaria mediante un triple enlace, C≡G. Su fórmula química es C4H5N3O y su nomenclatura 2-oxo, 4 aminopirimidina. Su masa molecular es de 111,10unidades de masa atómica. La citosina se descubrió en 1894, al aislarla del tejido del timo de carnero. Adenina: 6-aminopurina. Adenina: En el código genético se representa con la letra A. Es un derivado de la purina con un grupo amino en la posición 6. Forma el nucleósido adenosina (desoxiadenosina en el ADN) y el nucleótido adenilato o (desoxi)adenosina monofosfato (dAMP, AMP). En el ADN siempre se empareja con la timina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrógeno, A=T. Su fórmula química es C5H5N5 y su nomenclatura 6-aminopurina. La adenina, junto con la timina, fue descubierta en 1885 por el médico alemánAlbrecht Kossel.
    • Guanina: 6-oxo, 2-aminopurina. Guanina: En el código genético se representa con la letra G. Es un derivado púrico con un grupo oxo en la posición 6 y un grupo amino en la posición 2. Forma el nucleósido (desoxi)guanosina y el nucleótido guanilato o (desoxi)guanosina monofosfato (dGMP, GMP). La guanina siempre se empareja en el ADN con la citosina de la cadena complementaria mediante tres enlaces de hidrógeno, G≡C. Su fórmula química es C5H5N5O y su nomenclatura 6-oxo, 2-aminopurina. También existen otras bases nitrogenadas (las llamadas bases nitrogenadas minoritarias), derivadas de forma natural o sintética de alguna otra base mayoritaria. Lo son por ejemplo la hipoxantina, relativamente abundante en el tRNA, o la cafeína, ambas derivadas de la adenina; otras, como el aciclovir, derivadas de la guanina, son análogos sintéticos usados en terapia antiviral; otras, como una de las derivadas del uracilo, son antitumorales. Las bases nitrogenadas tienen una serie de características que les confieren unas propiedades determinadas. Una característica importante es su carácteraromático, consecuencia de la presencia en el anillo de dobles enlaces en posición conjugada. Ello les confiere la capacidad de absorber luz en la zonaultravioleta del espectro en torno a los 260 nm, lo cual puede aprovecharse para determinar el coeficiente de extinción del ADN y hallar la concentración existente de los ácidos nucleicos. Otra de sus características es que presentan tautomería o isomería de grupos funcionales, debido a que un átomo de hidrógeno unido a otro átomo puede migrar a una posición vecina; en las bases nitrogenadas se dan dos tipos de tautomerías: tautomería lactama-lactima, donde el hidrógeno migra del nitrógeno al oxígeno del grupo oxo (forma lactama) y viceversa (forma lactima), y tautomería imina-amina primaria, donde el hidrógeno puede estar formando el grupo amina (forma amina primaria) o migrar al nitrógeno adyacente (forma imina). La adenina sólo puede presentar tautomería amina- imina, la timina y el uracilo muestran tautomería doble lactama-lactima, y la guanina y citosina pueden presentar ambas. Por otro lado, y aunque se trate de moléculasapolares, las bases nitrogenadas presentan suficiente carácter polar como para establecer puentes de hidrógeno, ya que tienen átomos muy electronegativos (nitrógeno y oxígeno) que presentan carga parcial negativa, y átomos de hidrógeno con carga parcial positiva, de manera que se forman dipolos que permiten que se formen estos enlaces débiles. Se estima que el genoma humano haploide tiene alrededor de 3.000 millones de pares de bases. Para indicar el tamaño de las moléculas de ADN se indica el número de pares de bases, y como derivados hay dos unidades de medida muy utilizadas, la kilobase (kb), que equivale a 1.000 pares de bases, y la megabase (Mb), que equivale a un millón de pares de bases. [editar]Apareamiento de bases Véase también: Par de bases.
    • Un par de bases C≡G con tres puentes de hidrógeno.Un par A=T con dos puentes de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno se muestran como líneas discontinuas.La dóble hélice de ADN se mantiene estable mediante la formación de puentes de hidrógeno entre las bases asociadas acada una de las dos hebras. Para la formación de un enlace de hidrógeno una de las bases debe presentar un "donador" dehidrógenos con un átomo de hidrógeno con carga parcial positiva (-NH2 o -NH) y la otra base debe presentar un grupo"aceptor" de hidrógenos con un átomo cargado electronegativamente (C=O o N). Los puentes de hidrógeno son unionesmás débiles que los típicos enlaces químicos covalentes, como los que conectan los átomos en cada hebra de ADN, peromás fuertes que interacciones hidrófobas individuales, enlaces de Van der Waals, etc. Como los puentes de hidrógeno noson enlaces covalentes, pueden romperse y formarse de nuevo de forma relativamente sencilla. Por esta razón, las doshebras de la doble hélice pueden separarse como una cremallera, bien por fuerza mecánica o por alta temperatura.28 Ladoble hélice se estabiliza además por el efecto hidrofóbico y el apilamiento, que no se ven influidos por la secuencia debases del ADN.29Cada tipo de base en una hebra forma un enlace únicamente con un tipo de base en la otra hebra, lo que sedenomina complementariedad de las bases. Así, las purinas forman enlaces con las pirimidinas, de forma que A se enlazasólo con T, y C sólo con G. La organización de dos nucleótidos apareados a lo largo de la doble hélice sedenomina apareamiento de bases. Este emparejamiento corresponde a la observación ya realizada porErwinChargaff (1905-2002),30 que mostró que la cantidad de adenina era muy similar a la cantidad de timina, y que la cantidad decitosina era igual a la cantidad de guanina en el ADN. Como resultado de esta complementariedad, toda la informacióncontenida en la secuencia de doble hebra de la hélice de ADN está duplicada en cada hebra, lo cual es fundamentaldurante el proceso de replicación del ADN. En efecto, esta interacción reversible y específica entre pares de basescomplementarias es crítica para todas las funciones del ADN en los organismos vivos. 18Como se ha indicado anteriormente, los dos tipos de pares de bases forman un número diferente de enlaces de hidrógeno:A=T forman dos puentes de hidrógeno, y C≡G forman tres puentes de hidrógeno (ver imágenes). El par de bases GC es portanto más fuerte que el par de bases AT. Como consecuencia, tanto el porcentaje de pares de bases GC como la longitudtotal de la doble hélice de ADN determinan la fuerza de la asociación entre las dos hebras de ADN. Las dobles héliceslargas de ADN con alto contenido en GC tienen hebras que interaccionan más fuertemente que las dobles hélices cortascon alto contenido en AT.31 Por esta razón, las zonas de la doble hélice de ADN que necesitan separarse fácilmente tiendena tener un alto contenido en AT, como por ejemplo la secuencia TATAAT de la caja de Pribnow de algunos promotores.32 Enel laboratorio, la fuerza de esta interacción puede medirse buscando la temperatura requerida para romper los puentes de
    • hidrógeno, la temperatura de fusión (también denominado valor Tm, del inglés melting temperature). Cuando todas las pares de bases en una doble hélice se funden, las hebras se separan en solución en dos hebras completamente independientes. Estas moléculas de ADN de hebra simple no tienen una única forma común, sino que algunas conformaciones son más estables que otras.33 [editar]Otros tipos de pares de bases Par de bases A=T de tipo Watson-Crick. En azul el donador de hidrógenos y en rojo el aceptor. Par de bases A=T de tipo Watson-Crick reverso. En azul el donador de hidrógenos y en rojo el aceptor. Nótese que la pirimidina ha sufrido un giro de 180º sobre el eje del carbono 6. Existen diferentes tipos de pares de bases que se pueden formar según el modo como se forman los puentes de hidrógeno. Los que se observan en la doble hélice de ADN son los llamados pares de bases Watson-Crick, pero también existen otros posibles pares de bases, como los denominados Hoogsteen y Wobble u oscilante, que pueden aparecer en circunstancias particulares. Además, para cada tipo existe a su vez el mismo par reverso, es decir, el que se da si se gira la base pirimidínica 180º sobre su eje. Watson-Crick (pares de bases de la doble hélice): los grupos de la base púrica que intervienen en el enlace de hidrógeno son los que corresponden a las posiciones 1 y 6 (N aceptor y -NH2 donador si la purina es una A) y los grupos de la base pirimidínica, los que se encuentran en las posiciones 3 y 4 (-NH donador y C=O aceptor si la pirimidina es una T). En el par de bases Watson-Crick reverso participarían los grupos de las posiciones 2 y 3 de la base pirimidínica (ver imágenes).
    •  Hoogsteen: en este caso cambian los grupos de la base púrica, que ofrece una cara diferente (posiciones 6 y 7) y que forman enlaces con los grupos de las pirimidinas de las posiciones 3 y 4 (como en Watson-Crick). También puede haber Hoogsteen reversos. Con este tipo de enlace pueden unirse A=U (Hoogsteen y Hoogsteen reverso) y A=C (Hoogsteen reverso). Wobble u oscilante: este tipo de enlace permite que se unan guanina y citosina con un doble enlace (G=T). La base púrica (G) forma enlace con los grupos de las posiciones 1 y 6 (como en Watson-Crick) y la pirimidina (T) con los grupos de las posiciones 2 y 3. Este tipo de enlace no funcionaría con A=C, ya que quedarían enfrentados los 2 aceptores y los 2 donadores, y sólo se podría dar en el caso inverso. Encontramos pares de bases de tipo oscilante en el ARN, durante el apareamiento de codón y anticodón. Con este tipo de enlace pueden unirse G=U (oscilante y oscilante reverso) y A=C (oscilante reverso). En total, en su forma tautomérica mayoritaria, existen 28 posibles pares de bases nitrogenadas: 10 posibles pares de bases purina-pirimidina (2 pares Watson-Crick y 2 Watson Crick reverso, 1 par Hoogsteen y 2 pares Hoogsteen reverso, 1 par oscilante y 2 pares oscilante reverso), 7 pares homo purina-purina (A=A, G=G), 4 pares A=G y 7 pares pirimidina-pirimidina. Esto sin contar con los pares de bases que pueden formarse si también tenemos en cuenta las otras formas tautoméricas minoritarias de las bases nitrogenadas; éstos, además, pueden ser responsables de mutaciones puntuales por sustitución de tipo transición. [editar] Estructura El ADN es una molécula bicatenaria, es decir, está formada por dos cadenas dispuestas de forma antiparalela y con las bases nitrogenadas enfrentadas. En su estructura tridimensional, se distinguen distintos niveles: 34 351. Estructura primaria: Secuencia de nucleótidos encadenados. Es en estas cadenas donde se encuentra la información genética, y dado que el esqueleto es el mismo para todos, la diferencia de la información radica en la distinta secuencia de bases nitrogenadas. Esta secuencia presenta un código, que determina una información u otra, según el orden de las bases.2. Estructura secundaria: Es una estructura en doble hélice. Permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de duplicación del ADN. Fue postulada por Watson y Crick, basándose en la difracción de rayos X que habían realizado Franklin y Wilkins, y en la equivalencia de bases de Chargaff, según la cual la suma de adeninas más guaninas es igual a la suma de timinas más citosinas. Es una cadena doble, dextrógira o levógira, según el tipo de ADN. Ambas cadenas son complementarias, pues la adenina y la guanina de una cadena se unen, respectivamente, a la timina y la citosina de la otra. Ambas cadenas son antiparalelas, pues el extremo 3´ de una se enfrenta al extremo 5´ de la homóloga. Existen tres modelos de ADN. El ADN de tipo B es el más abundante y es el que tiene la estructura descrita por Watson y Crick.3. Estructura terciaria: Se refiere a cómo se almacena el ADN en un espacio reducido, para formar los cromosomas. Varía según se trate de organismos procariotas o eucariotas:2. En procariotas el ADN se pliega como una súper-hélice, generalmente en forma circular y asociada a una pequeña cantidad de proteínas. Lo mismo ocurre en orgánulos celulares como las mitocondrias y en los cloroplastos.3. En eucariotas, dado que la cantidad de ADN de cada cromosoma es muy grande, el empaquetamiento ha de ser más complejo y compacto; para ello se necesita la presencia de proteínas, como las histonas y otras proteínas de naturaleza no histónica (en los espermatozoides estas proteínas son las protaminas).34
    • [editar]Estructuras en doble héliceDe izquierda a derecha, las estructuras de ADN A, B y Z.El ADN existe en muchas conformaciones.27 Sin embargo, en organismos vivos sólo se han observado lasconformaciones ADN-A, ADN-B y ADN-Z. La conformación que adopta el ADN depende de su secuencia, la cantidad ydirección de superenrollamiento que presenta, la presencia demodificaciones químicas en las bases y las condiciones de lasolución, tales como la concentración de iones de metales y poliaminas.36 De las tres conformaciones, la forma "B" es lamás común en las condiciones existentes en las células.37 Las dos dobles hélices alternativas del ADN difieren en sugeometría y dimensiones.La forma "A" es una espiral que gira hacia la derecha, más amplia que la "B", con una hendidura menor superficial y másamplia, y una hendidura mayor más estrecha y profunda. La forma "A" ocurre en condiciones no fisiológicas en formasdeshidratadas de ADN, mientras que en la célula puede producirse en apareamientos híbridos de hebras ADN-ARN,además de en complejos enzima-ADN.38 39Los segmentos de ADN en los que las bases han sido modificadas por metilación pueden sufrir cambios conformacionalesmayores y adoptar la forma "Z". En este caso, las hebras giran alrededor del eje de la hélice en una espiral que gira a manoizquierda, lo opuesto a la forma "B" más frecuente.40Estas estructuras poco frecuentes pueden ser reconocidas porproteínas específicas que se unen a ADN-Z y posiblemente estén implicadas en la regulación de la transcripción.41[editar]Estructuras en cuádruplex
    • Estructura de un ADN en cuádruplex formada por repeticiones en los telómeros. La conformación de la estructura de soporte del ADN difieresignificativamente de la típica estructura en hélice.42En los extremos de los cromosomas lineales existen regiones especializadas de ADN denominadas telómeros. La funciónprincipal de estas regiones es permitir a la célula replicar los extremos cromosómicos utilizando la enzima telomerasa,puesto que las enzimas que replican el resto del ADN no pueden copiar los extremos 3 de los cromosomas. 43 Estasterminaciones cromosómicas especializadas también protegen los extremos del ADN, y evitan que los sistemasde reparación del ADN en la célula los procesen como ADN dañado que debe ser corregido.44 En las células humanas, lostelómeros son largas zonas de ADN de hebra sencilla que contienen algunos miles de repeticiones de una única secuenciaTTAGGG.45Estas secuencias ricas en guanina pueden estabilizar los extremos cromosómicos mediante la formación de estructuras dejuegos apilados de unidades de cuatro bases, en lugar de los pares de bases encontrados normalmente en otrasestructuras de ADN. En este caso, cuatro bases guanina forman unidades con superficie plana que se apilan una sobreotra, para formar una estructura cuádruple-G estable.46 Estas estructuras se estabilizan formando puentes dehidrógeno entre los extremos de las bases y la quelatación de un metal iónico en el centro de cada unidad de cuatrobases.47 También se pueden formar otras estructuras, con el juego central de cuatro bases procedente, o bien de una hebrasencilla plegada alrededor de las bases, o bien de varias hebras paralelas diferentes, de forma que cada una contribuye conuna base a la estructura central.Además de estas estructuras apiladas, los telómeros también forman largas estructuras en lazo, denominadas lazosteloméricos o lazos-T (T-loops en inglés). En este caso, las hebras simples de ADN se enroscan sobre sí mismas en unamplio círculo estabilizado por proteínas que se unen a telómeros.48 En el extremo del lazo T, el ADN telomérico de hebrasencilla se sujeta a una región de ADN de doble hebra porque la hebra de ADN telomérico altera la doble hélice y se apareaa una de las dos hebras. Esta estructura de triple hebra se denomina lazo de desplazamiento o lazo D (D-loop).46
    • [editar]Hendiduras mayor y menorAnimación de la estructura de una sección de ADN. Las bases se encuentran horizontalmente entre las dos hebras en espiral. Versión ampliada49Doble hélice: a) Dextrógira, b) Levógira.La doble hélice es una espiral dextrógira, esto es, cada una de las cadenas de nucleótidos gira a derechas; esto puedeverificarse si nos fijamos, yendo de abajo a arriba, en la dirección que siguen los segmentos de las hebras que quedan enprimer plano. Si las dos hebras giran a derechas se dice que la doble hélice es dextrógira, y si giran aizquierdas, levógira (esta forma puede aparecer en hélices alternativas debido a cambios conformacionales en el ADN).
    • Pero en la conformación más común que adopta el ADN, la doble hélice es dextrógira, girando cada par de bases respectoal anterior unos 36º.50Cuando las dos hebras de ADN se enrollan una sobre la otra (sea a derechas o a izquierdas), se forman huecos ohendiduras entre una hebra y la otra, dejando expuestos los laterales de las bases nitrogenadas del interior (ver laanimación). En la conformación más común que adopta el ADN aparecen, como consecuencia de los ángulos formadosentre los azúcares de ambas cadenas de cada par de bases nitrogenadas, dos tipos de hendiduras alrededor de lasuperficie de la doble hélice: una de ellas, la hendidura o surco mayor, que mide 22 Å (2,2 nm) de ancho, y la otra, lahendidura o surco menor, que mide 12 Å (1,2 nm) de ancho.51Cada vuelta de hélice, que es cuando ésta ha realizado ungiro de 360º o lo que es lo mismo, de principio de hendidura mayor a final de hendidura menor, medirá por tanto 34 Å, y encada una de esas vueltas hay unos 10,5 pb.Hendiduras mayor y menor de la doble hélice.La anchura de la hendidura mayor implica que los extremos de las bases son más accesibles en ésta, de forma que lacantidad de grupos químicos expuestos también es mayor lo cual facilita la diferenciación entre los pares de bases A-T, T-A,C-G, G-C. Como consecuencia de ello, también se verá facilitado el reconocimiento de secuencias de ADN por parte dediferentes proteínas sin la necesidad de abrir la doble hélice. Así, proteínas como los factores de transcripción que puedenunirse a secuencias específicas, frecuentemente contactan con los laterales de las bases expuestos en la hendiduramayor.52 Por el contrario, los grupos químicos que quedan expuestos en la hendidura menor son similares, de forma que elreconocimiento de los pares de bases es más difícil; por ello se dice que la hendidura mayor contiene más información quela hendidura menor.50[editar]Sentido y antisentidoArtículo principal: Antisentido.Una secuencia de ADN se denomina "sentido" (en inglés, sense) si su secuencia es la misma que la secuencia de un ARNmensajero que se traduce en una proteína. La secuencia de la hebra de ADN complementaria sedenomina "antisentido" (antisense). En ambas hebras de ADN de la doble hélice pueden existir tanto secuencias sentido,que codifican ARNm, como antisentido, que no lo codifican. Es decir, las secuencias que codifican ARNm no están todaspresentes en una sola de las hebras, sino repartidas entre las dos hebras. Tanto en procariotas como eneucariotas seproducen ARNs con secuencias antisentido, pero la función de esos ARNs no está completamente clara. 53 Se ha propuestoque los ARNs antisentido están implicados en la regulación de la expresión génica mediante apareamiento ARN-ARN: losARNs antisentido se aparearían con los ARNm complementarios, bloqueando de esta forma su traducción.54En unas pocas secuencias de ADN en procariotas y eucariotas (este hecho es más frecuente en plásmidos y virus), ladistinción entre hebras sentido y antisentido es más difusa, debido a que presentan genes superpuestos. 55 En estos casos,algunas secuencias de ADN tienen una función doble, codificando una proteína cuando se lee a lo largo de una hebra, yuna segunda proteína cuando se lee en la dirección contraria a lo largo de la otra hebra. En bacterias, esta superposiciónpuede estar involucrada en la regulación de la transcripción del gen,56 mientras que en virus los genes superpuestosaumentan la cantidad de información que puede codificarse en sus diminutos genomas. 57
    • [editar]SuperenrollamientoEstructura de moléculas de ADN lineales con los extremos fijos y superenrolladas. Por claridad, se ha omitido la estructura en hélice del ADN.El ADN puede retorcerse como una cuerda en un proceso que se denomina superenrollamiento del ADN («supercoiling», eninglés). Cuando el ADN está en un estado "relajado", una hebra normalmente gira alrededor del eje de la doble hélice unavez cada 10,4 pares de bases, pero si el ADN está retorcido las hebras pueden estar unidas más estrechamente o másrelajadamente.58 Si el ADN está retorcido en la dirección de la hélice, se dice que el superenrollamiento es positivo, y lasbases se mantienen juntas de forma más estrecha. Si el ADN se retuerce en la dirección opuesta, el superenrollamiento sellama negativo, y las bases se alejan. En la naturaleza, la mayor parte del ADN tiene un ligero superenrollamiento negativoque es producido por enzimas denominadas topoisomerasas.59 Estas enzimas también son necesarias para liberar lasfuerzas de torsión introducidas en las hebras de ADN durante procesos como la transcripción y la replicación.60[editar]Modificaciones químicas citosina 5-metil-citosina timinaEstructura de la citosina con y sin el grupo metilo. Tras la desaminación, la 5-metil-citosina tiene la misma estructura que la timina.[editar]Modificaciones de basesVéase también: Metilación.La expresión de los genes está influenciada por la forma en la que el ADN está empaquetado en cromosomas, en unaestructura denominada cromatina. Las modificaciones de bases pueden estar implicadas en el empaquetamiento del ADN:las regiones que presentan una expresión génica baja o nula normalmente contienen niveles altos de metilación de lasbases citosina. Por ejemplo, la metilación de citosina produce 5-metil-citosina, que es importante para la inactivacióndel cromosoma X.61 El nivel medio de metilación varía entre organismos: el gusano Caenorhabditis elegans carece demetilación de citosina, mientras que los vertebradospresentan un nivel alto - hasta 1% de su ADN contiene 5-metil-citosina.62 A pesar de la importancia de la 5-metil-citosina, ésta puede desaminarse para generar una base timina. Lascitosinas metiladas son por tanto particularmente sensibles a mutaciones.63 Otras modificaciones de bases incluyen lametilación de adenina en bacterias y la glicosilación de uracilo para producir la "base-J" enkinetoplastos.64 65
    • [editar]Daño del ADNVéase también: Mutación.Benzopireno, el mayor mutágeno deltabaco, unido al ADN.66El ADN puede resultar dañado por muchos tipos de mutágenos, que cambian la secuencia del ADN: agentes alquilantes,además de radiación electromagnética de alta energía, como luz ultravioleta y rayos X. El tipo de daño producido en el ADNdepende del tipo de mutágeno. Por ejemplo, la luz UV puede dañar al ADN produciendo dímeros de timina, que se formanpor ligamiento cruzado entre bases pirimidínicas.67 Por otro lado, oxidantes tales como radicales libres o el peróxido dehidrógeno producen múltiples daños, incluyendo modificaciones de bases, sobre todo guanina, y roturas de doble hebra(double-strand breaks).68 En una célula humana cualquiera, alrededor de 500 bases sufren daño oxidativo cada día. 69 70 Deestas lesiones oxidativas, las más peligrosas son las roturas de doble hebra, ya que son difíciles de reparar y puedenproducir mutaciones puntuales,inserciones y deleciones de la secuencia de ADN, así como translocacionescromosómicas.71Muchos mutágenos se posicionan entre dos pares de bases adyacentes, por lo que se denominan agentes intercalantes. Lamayoría de los agentes intercalantes son moléculas aromáticas y planas, como el bromuro de etidio, la daunomicina,la doxorubicina y la talidomida. Para que un agente intercalante pueda integrarse entre dos pares de bases, éstas debensepararse, distorsionando las hebras de ADN y abriendo la doble hélice. Esto inhibe la transcripción y la replicación delADN, causando toxicidad y mutaciones. Por ello, los agentes intercalantes del ADN son a menudocarcinógenos:el benzopireno, las acridinas, la aflatoxina y el bromuro de etidio son ejemplos bien conocidos.72 73 74 Sin embargo, debido asu capacidad para inhibir la replicación y la transcripción del ADN, estas toxinas también se utilizan en quimioterapia parainhibir el rápido crecimiento de las células cancerosas.75El daño en el ADN inicia una respuesta que activa diferentes mecanismos de reparación que reconocen lesionesespecíficas en el ADN, que son reparadas en el momento para recuperar la secuencia original del ADN. Asimismo, el dañoen el ADN provoca una parada en el ciclo celular, que conlleva la alteración de numerosos procesos fisiológicos, que a suvez implica síntesis, transporte y degradación de proteínas (véase tambiénCheckpoint de daños en el ADN).Alternativamente, si el daño genómico es demasiado grande para que pueda ser reparado, los mecanismos de controlinducirán la activación de una serie de rutas celulares que culminarán en la muerte celular.
    • [editar] Funciones biológicasLas funciones biológicas del ADN incluyen el almacenamiento de información (genes y genoma), la codificación deproteínas (transcripción y traducción) y su autoduplicación (replicación del ADN) para asegurar la transmisión de lainformación a las células hijas durante la división celular.[editar]Genes y genomaVéanse también: Núcleo celular, Cromatina, Cromosoma y Genoma.El ADN se puede considerar como un almacén cuyo contenido es la información (mensaje) necesaria para construir ysostener el organismo en el que reside, la cual se transmite de generación en generación. El conjunto de información quecumple esta función en un organismo dado se denomina genoma, y el ADN que lo constituye, ADN genómico.El ADN genómico (que se organiza en moléculas de cromatina que a su vez se ensamblan en cromosomas) se encuentraen el núcleo celular de los eucariotas, además de pequeñas cantidades en las mitocondrias y cloroplastos. En procariotas,el ADN se encuentra en un cuerpo de forma irregular denominado nucleoide.76[editar]El ADN codificanteARN polimerasa T7 (azul) produciendo un ARNm (verde) a partir de un molde de ADN (naranja).77Véase también: Gen.La información genética de un genoma está contenida en los genes, y al conjunto de toda la información que corresponde aun organismo se le denomina su genotipo. Un gen es una unidad de herencia y es una región de ADN que influye en unacaracterística particular de un organismo (como el color de los ojos, por ejemplo). Los genes contienen un "marco de lecturaabierto" (open reading frame) que puede transcribirse, además de secuencias reguladoras, talescomo promotores y enhancers, que controlan la transcripción del marco de lectura abierto.Desde este punto de vista, las obreras de este mecanismo son las proteínas. Estas pueden ser estructurales, como lasproteínas de losmúsculos, cartílagos, pelo, etc., o funcionales, como la hemoglobina o las innumerables enzimas delorganismo. La función principal de la herencia es la especificación de las proteínas, siendo el ADN una especiede plano o receta para producirlas. La mayor parte de las veces la modificación del ADN provocará una disfunción proteicaque dará lugar a la aparición de alguna enfermedad. Pero en determinadas ocasiones, las modificaciones podrán provocarcambios beneficiosos que darán lugar a individuos mejor adaptados a su entorno.Las aproximadamente treinta mil proteínas diferentes en el cuerpo humano están constituidas porveinte aminoácidos diferentes, y una molécula de ADN debe especificar la secuencia en que se unen dichos aminoácidos.En el proceso de elaborar una proteína, el ADN de un gen se lee y se transcribe a ARN. Este ARN sirve como mensajeroentre el ADN y la maquinaria que elaborará las proteínas y por eso recibe el nombre de ARN mensajero o ARNm. El ARN
    • mensajero sirve de molde a la maquinaria que elabora las proteínas, para que ensamble los aminoácidos en el ordenpreciso para armar la proteína.El dogma central de la biología molecular establecía que el flujo de actividad y de información era: ADN → ARN → proteína.No obstante, en la actualidad ha quedado demostrado que este "dogma" debe ser ampliado, pues se han encontrado otrosflujos de información: en algunos organismos (virus de ARN) la información fluye de ARN a ADN; este proceso se conocecomo "transcripción inversa o reversa", también llamada "retrotranscripción". Además, se sabe que existen secuencias deADN que se transcriben a ARN y son funcionales como tales, sin llegar a traducirse nunca a proteína: son los ARN nocodificantes, como es el caso de los ARN interferentes.34 35[editar]El ADN no codificante ("ADN basura")El ADN del genoma de un organismo puede dividirse conceptualmente en dos: el que codifica las proteínas (los genes) y elque no codifica. En muchas especies, sólo una pequeña fracción delgenoma codifica proteínas. Por ejemplo, sólo alrededordel 1,5% del genoma humano consiste en exones que codifican proteínas (20.000 a 25.000 genes), mientras que más del90% consiste en ADN no codificante.78El ADN no codificante (también denominado ADN basura o junk DNA) corresponde a secuencias del genoma que nogeneran una proteína (procedentes de transposiciones, duplicaciones, translocaciones y recombinaciones de virus, etc.),incluyendo los intrones. Hasta hace poco tiempo se pensaba que el ADN no codificante no tenía utilidad alguna, peroestudios recientes indican que eso es inexacto. Entre otras funciones, se postula que el llamado "ADN basura" regulala expresión diferencial de los genes.79 Por ejemplo, algunas secuencias tienen afinidad hacia proteínas especiales quetienen la capacidad de unirse al ADN (como los homeodominios, los complejos receptores de hormonas esteroides, etc.),con un papel importante en el control de los mecanismos de trascripción y replicación. Estas secuencias se llamanfrecuentemente "secuencias reguladoras", y los investigadores suponen que sólo se ha identificado una pequeña fracciónde las que realmente existen. La presencia de tanto ADN no codificante en genomas eucarióticos y las diferencias entamaño del genoma entre especies representan un misterio que es conocido como el "enigma del valor deC".80 Recientemente, un grupo de investigadores de la Universidad de Yale ha descubierto una secuencia de ADN nocodificante que sería la responsable de que los seres humanos hayan desarrollado la capacidad de agarrar y/o manipularobjetos o herramientas.81Por otro lado, algunas secuencias de ADN desempeñan un papel estructural en los cromosomas:los telómeros y centrómeros contienen pocos o ningún gen codificante de proteínas, pero son importantes para estabilizar laestructura de los cromosomas. Algunos genes no codifican proteínas, pero sí se transcriben en ARN: ARN ribosómico, ARNde transferencia y ARN de interferencia (ARNi, que son ARN que bloquean la expresión de genes específicos). Laestructura de intrones y exones de algunos genes (como los de inmunoglobulinas y protocadherinas) son importantes porpermitir los cortes y empalmes alternativos del pre-ARN mensajero que hacen posible la síntesis de diferentes proteínas apartir de un mismo gen (sin esta capacidad no existiría el sistema inmune, por ejemplo). Algunas secuencias de ADN nocodificante representan pseudogenes que tienen valor evolutivo, ya que permiten la creación de nuevos genes con nuevasfunciones.35 Otros ADN no codificantes proceden de la duplicación de pequeñas regiones del ADN; esto tiene muchautilidad, ya que el rastreo de estas secuencias repetitivas permite estudios de filogenia.[editar]Transcripción y traducciónArtículos principales: Transcripción (genética) y Traducción (genética).En un gen, la secuencia de nucleótidos a lo largo de una hebra de ADN se transcribe a un ARN mensajero (ARNm) y estasecuencia a su vez se traduce a una proteína que un organismo es capaz de sintetizar o "expresar" en uno o variosmomentos de su vida, usando la información de dicha secuencia.La relación entre la secuencia de nucleótidos y la secuencia de aminoácidos de la proteína viene determinada por el códigogenético, que se utiliza durante el proceso de traducción o síntesis de proteínas. La unidad codificadora del código genéticoes un grupo de tres nucleótidos (triplete), representado por las tres letras iniciales de las bases nitrogenadas (por ej., ACT,CAG, TTT). Los tripletes del ADN se transcriben en sus bases complementarias en el ARN mensajero, y en este caso lostripletes se denominan codones (para el ejemplo anterior, UGA, GUC, AAA). En el ribosoma cada codón del ARNmensajero interacciona con una molécula de ARN de transferencia (ARNt o tRNA) que contenga el triplete complementario,denominado anticodón. Cada ARNt porta el aminoácido correspondiente al codón de acuerdo con el código genético, demodo que el ribosoma va uniendo los aminoácidos para formar una nueva proteína de acuerdo con las "instrucciones" de lasecuencia del ARNm. Existen 64 codones posibles, por lo cual corresponde más de uno para cada aminoácido (por estaduplicidad de codones se dice que el código genético es un código degenerado: no es unívoco); algunos codones indican la
    • terminación de la síntesis, el fin de la secuencia codificante; estos codones de terminación o codones de paradason UAA,UGA y UAG (en inglés, nonsense codons o stop codons).34[editar]Replicación del ADNEsquema representativo de la replicación del ADN.Artículo principal: Replicación de ADN.La replicación del ADN es el proceso por el cual se obtienen copias o réplicas idénticas de una molécula de ADN. Lareplicación es fundamental para la transferencia de la información genética de una generación a la siguiente y, por ende, esla base de la herencia. El mecanismo consiste esencialmente en la separación de las dos hebras de la doble hélice, lascuales sirven de molde para la posterior síntesis de cadenas complementarias a cada una de ellas, que llevará por nombreARNm. El resultado final son dos moléculas idénticas a la original. Este tipo de replicación sedenomina semiconservativa debido a que cada una de las dos moléculas resultantes de la duplicación presenta una cadenaprocedente de la molécula "madre" y otra recién sintetizada.[editar]Interacciones ADN-proteínaTodas las funciones del ADN dependen de sus interacciones con proteínas. Estas interacciones pueden ser inespecíficas, obien la proteína puede unirse de forma específica a una única secuencia de ADN. También pueden unirse enzimas, entrelas cuales son particularmente importantes las polimerasas, que copian las secuencia de bases del ADN durante latranscripción y la replicación.[editar]Proteínas que unen ADN[editar]Interacciones inespecíficasInteracción de ADN con histonas (en blanco, arriba). Los aminoácidos básicos de estas proteínas (abajo a la izquierda, en azul) se unen a losgrupos ácidos de los fosfatos del ADN (abajo a la derecha, en rojo).
    • Las proteínas estructurales que se unen al ADN son ejemplos bien conocidos de interacciones inespecíficas ADN-proteínas.En los cromosomas, el ADN se encuentra formando complejos con proteínas estructurales. Estas proteínas organizan elADN en una estructura compacta denominada cromatina. En eucariotas esta estructura implica la unión del ADN a uncomplejo formado por pequeñas proteínas básicas denominadas histonas, mientras que en procariotas están involucradasuna gran variedad de proteínas.82 83 Las histonas forman un complejo de forma cilíndrica denominado nucleosoma, en tornoal cual se enrollan casi dos vueltas de ADN de doble hélice. Estas interacciones inespecíficas quedan determinadas por laexistencia de residuos básicos en las histonas, que forman enlaces iónicos con el esqueleto de azúcar-fosfato del ADN y,por tanto, son en gran parte independientes de la secuencia de bases.84 Estos aminoácidos básicos experimentanmodificaciones químicas de metilación, fosforilación y acetilación,85 que alteran la fuerza de la interacción entre el ADN y lashistonas, haciendo al ADN más o menos accesible a los factores de transcripción y por tanto modificando la tasa detranscripción.86Otras proteínas que se unen a ADN de manera inespecífica en la cromatina incluyen las proteínas del grupo de altamovilidad (HMG, High Mobility Group) que se unen a ADN plegado o distorsionado.87 Estas proteínas son importantesdurante el plegamiento de los nucleosomas, organizándolos en estructuras más complejas para constituir loscromosomas88 durante el proceso de condensación cromosómica. Se ha propuesto que en este proceso tambiénintervendrían otras proteínas, formando una especie de "andamio" sobre el cual se organiza la cromatina; los principalescomponentes de esta estructura serían la enzima topoisomerasa II α (topoIIalpha) y la condensina 13S.89 Sin embargo, elpapel estructural de la topoIIalpha en la organización de los cromosomas aún es discutido, ya que otros grupos argumentanque esta enzima se intercambia rápidamente tanto en los brazos cromosómicos como en los cinetocoros durantela mitosis.90[editar]Interacciones específicasUn grupo bien definido de proteínas que unen ADN es el conformado por las proteínas que se unen específicamente a ADNmonocatenario o ADN de hebra sencilla (ssDNA). En humanos, la proteína A de replicación es la mejor conocida de sufamilia y actúa en procesos en los que la doble hélice se separa, como la replicación del ADN, la recombinación ola reparación del ADN.91Estas proteínas parecen estabilizar el ADN monocatenario, protegiéndolo para evitar que formeestructuras de tallo-lazo (stem-loop) o que sea degradado por nucleasas.El factor de transcripción represor del fago lambda unido a su ADN diana mediante un motivo hélice-giro-hélice (helix-turn-helix).92Sin embargo, otras proteínas han evolucionado para unirse específicamente a secuencias particulares de ADN. Laespecificidad de la interacción de las proteínas con el ADN procede de los múltiples contactos con las bases de ADN, lo queles permite "leer" la secuencia del ADN. La mayoría de esas interacciones con las bases ocurre en la hendidura mayor,donde las bases son más accesibles.93
    • Las proteínas específicas estudiadas con mayor detalle son las encargadas de regular la transcripción, denominadas por ello factores de transcripción. Cada factor de transcripción se une a una secuencia concreta de ADN y activa o inhibe la transcripción de los genes que presentan estas secuencias próximas a sus promotores. Los factores de transcripción pueden efectuar esto de dos formas: En primer lugar, pueden unirse a la polimerasa de ARN responsable de la transcripción, bien directamente o a través de otras proteínas mediadoras. De esta forma. se estabiliza la unión entre la ARN polimerasa y el promotor, lo que permite el inicio de la transcripción.94 En segundo lugar, los factores de transcripción pueden unirse a enzimas que modifican las histonas del promotor, lo que altera la accesibilidad del molde de ADN a la ARN polimerasa.95 Como los ADN diana pueden encontrarse por todo el genoma del organismo, los cambios en la actividad de un tipo de factor de transcripción pueden afectar a miles de genes.96 En consecuencia, estas proteínas son frecuentemente las dianas de los procesos de transducción de señales que controlan las respuestas a cambios ambientales o diferenciación y desarrollo celular. La enzima de restricción EcoRV (verde) formando un complejo con su ADN diana.97 [editar]Enzimas que modifican el ADN [editar]Nucleasas y ligasas Las nucleasas son enzimas que cortan las hebras de ADN mediante la catálisis de la hidrólisis de losenlaces fosfodiéster. Las nucleasas que hidrolizan nucleótidos a partir de los extremos de las hebras de ADN se denominan exonucleasas, mientras que las endonucleasas cortan en el interior de las hebras. Las nucleasas que se utilizan con mayor frecuencia en biología molecular son las enzimas de restricción, endonucleasas que cortan el ADN por determinadas secuencias específicas. Por ejemplo, la enzima EcoRV, que se muestra a la izquierda, reconoce la secuencia de 6 bases 5′-GAT|ATC- 3′, y hace un corte en ambas hebras en la línea vertical indicada, generando dos moléculas de ADN con los extremos romos. Otras enzimas de restricción generan sin embargo extremos cohesivos, ya que cortan de forma diferente las dos hebras de ADN. En la naturaleza, estas enzimas protegen a lasbacterias contra las infecciones de fagos, al digerir el ADN de dicho fago cuando entra a través de la pared bacteriana, actuando como un mecanismo de defensa. 98 En biotecnología, estas nucleasas específicas de la secuencias de ADN se utilizan en ingeniería genética para clonarfragmentos de ADN y en la técnica de huella genética. Las enzimas denominadas ADN ligasas pueden reunir hebras de ADN cortadas o rotas.99 Las ligasas son particularmente importantes en la replicación de la hebra que sufre replicación discontinua en el ADN, ya que unen los fragmentos cortos de ADN generados en la horquilla de replicación para formar una copia completa del molde de ADN. También se utilizan en lareparación del ADN y en procesos de recombinación genética.99 [editar]Topoisomerasas y helicasas Las topoisomerasas son enzimas que poseen a la vez actividad nucleasa y ligasa. Estas proteínas varían la cantidad de ADN superenrollado. Algunas de estas enzimas funcionan cortando la hélice de ADN y permitiendo que una sección rote, de manera que reducen el grado de superenrollamiento. Una vez hecho esto, la enzima vuelve a unir los fragmentos
    • de ADN.59 Otros tipos de enzimas son capaces de cortar una hélice de ADN y luego pasar la segunda hebra de ADN a través de la rotura, antes de reunir las hélices.100 Las topoisomerasas son necesarias para muchos procesos en los que interviene el ADN, como la replicación del ADN y la transcripción.60 Las helicasas son unas proteínas que pertenecen al grupo de los motores moleculares. Utilizan energía química almacenada en los nucleósidos trifosfatos, fundamentalmente ATP, para romper puentes de hidrógeno entre bases y separar la doble hélice de ADN en hebras simples.101 Estas enzimas son esenciales para la mayoría de los procesos en los que las enzimas necesitan acceder a las bases del ADN. [editar]Polimerasas Las polimerasas son enzimas que sintetizan cadenas de nucleótidos a partir de nucleósidos trifosfatos. La secuencia de sus productos son copias de cadenas de polinucleótidos existentes, que se denominan moldes. Estas enzimas funcionan añadiendo nucleótidos al grupo hidroxilo en 3 del nucleótido previo en una hebra de ADN. En consecuencia, todas las polimerasas funcionan en dirección 5′ --> 3′.102 En los sitios activos de estas enzimas, el nucleósido trifosfato que se incorpora aparea su base con la correspondiente en el molde: esto permite que la polimerasa sintentice de forma precisa la hebra complementaria al molde. Las polimerasas se clasifican de acuerdo al tipo de molde que utilizan: En la replicación del ADN, una ADN polimerasa dependiente de ADN realiza una copia de ADN a partir de una secuencia de ADN. La precisión es vital en este proceso, por lo que muchas de estas polimerasas tienen una actividad de verificación de la lectura (proofreading). Mediante esta actividad, la polimerasa reconoce errores ocasionales en la reacción de síntesis, debido a la falta de apareamiente entre el nucleótido erróneo y el molde, lo que genera un desacoplamiento (mismatch). Si se detecta un desacoplamiento, se activa una actividadexonucleasa en dirección 3′ --> 5′ y la base incorrecta se elimina.103 En la mayoría de los organismos las ADN polimerasas funcionan en un gran complejo denominado replisoma, que contiene múltiples unidades accesorias, como helicasas.104 Las ADN polimerasas dependientes de ARN son una clase especializada de polimerasas que copian la secuencia de una hebra de ARN en ADN. Incluyen la transcriptasa inversa, que es una enzima viral implicada en la infección de células por retrovirus, y la telomerasa, que es necesaria para la replicación de los telómeros. 105 43 La telomerasa es una polimerasa inusual, porque contiene su propio molde de ARN como parte de su estructura.44 La transcripción se lleva a cabo por una ARN polimerasa dependiente de ADN que copia la secuencia de una de las hebras de ADN en ARN. Para empezar a transcribir un gen, la ARN polimerasa se une a una secuencia del ADN denominada promotor, y separa las hebras del ADN. Entonces copia la secuencia del gen en un transcrito de ARN mensajero hasta que alcanza una región de ADN denomimada terminador, donde se detiene y se separa del ADN. Como ocurre con las ADN polimerasas dependientes de ADN en humanos, la ARN polimerasa II (la enzima que transcribe la mayoría de los genes del genoma humano) funciona como un gran complejo multiproteico que contiene múltiples subunidades reguladoras y accesorias.106 [editar]Recombinación genética
    • Estructura de un intermedio en unión de Holliday en la recombinación genética. Las cuatro hebras de ADN separadas están coloreadas enrojo, azul, verde y amarillo.107Artículo principal: Recombinación genética.La recombinación implica la rotura y reunión de dos cromosomas homólogos (M y F) para producir dos cromosomas nuevos reorganizados (C1 y C2).Una hélice de ADN normalmente no interacciona con otros segmentos de ADN, y en las células humanas los diferentescromosomas incluso ocupan áreas separadas en el núcleo celulardenominadas “territorios cromosómicos”. 108 La separaciónfísica de los diferentes cromosomas es importante para que el ADN mantenga su capacidad de funcionar como un almacénestable de información. Uno de los pocos momentos en los que los cromosomas interaccionan es duranteelsobrecruzamiento cromosómico (chromosomal crossover), durante el cual se recombinan. El sobrecruzamientocromosómico ocurre cuando dos hélices de ADN se rompen, se intercambian y se unen de nuevo.La recombinación permite a los cromosomas intercambiar información genética y produce nuevas combinaciones de genes,lo que aumenta la eficiencia de la selección natural y puede ser importante en la evolución rápida de nuevasproteínas.109 Durante la profase I de la meiosis, una vez que los cromosomas homólogos están perfectamente apareadosformando estructuras llamadas bivalentes, se produce el fenómeno de sobrecruzamiento o entrecruzamiento (crossing-over), en el cual las cromátidas homólogas no hermanas (procedentes del padre y de la madre) intercambian materialgenético. La recombinación genética resultante hace aumentar en gran medida la variación genética entre la descendenciade progenitores que se reproducen por vía sexual. La recombinación genética también puede estar implicada enla reparación del ADN, en particular en la respuesta celular a las roturas de doble hebra (double-strand breaks).110La forma más frecuente de sobrecruzamiento cromosómico es la recombinación homóloga, en la que los dos cromosomasimplicados comparten secuencias muy similares. La recombinación no-homóloga puede ser dañina para las células, ya quepuede producir translocaciones cromosómicas y anomalías genéticas. La reacción de recombinación está catalizada porenzimas conocidas como recombinasas, tales comoRAD51.111 El primer paso en el proceso de recombinación es una rotura
    • de doble hebra, causada bien por una endonucleasa o por daño en el ADN.112 Posteriormente, una serie de pasoscatalizados en parte por la recombinasa, conducen a la unión de las dos hélices formando al menos una unión de Holliday,en la que un segmento de una hebra simple es anillado con la hebra complementaria en la otra hélice. La unión de Hollidayes una estructura de unión tetrahédrica que puede moverse a lo largo del par de cromosomas, intercambiando una hebrapor otra. La reacción de recombinación se detiene por el corte de la unión y la reunión de los segmentos de ADNliberados.113[editar] Evolución del metabolismo de ADNVéase también: Hipótesis del mundo de ARN.El ADN contiene la información genética que permite a la mayoría de los organismos vivientes funcionar, crecer yreproducirse. Sin embargo, no está claro durante cuánto tiempo ha ejercido esta función en los ~3000 millones de años dela historia de la vida, ya que se ha propuesto que las formas de vida más tempranas podrían haber utilizado ARN comomaterial genético.114 115 El ARN podría haber funcionado como la parte central de un metabolismo primigenio, ya que puedetransmitir información genética y simultáneamente actuar como catalizador formando parte de las ribozimas.116 Esteantiguo Mundo de ARN donde los ácidos nucleicos funcionarían como catalizadores y como almacenes de informacióngenética podría haber influido en la evolución delcódigo genético actual, basado en cuatro nucleótidos. Esto se debería aque el número de bases únicas en un organismo es un compromiso entre un número pequeño de bases (lo que aumentaríala precisión de la replicación) y un número grande de bases (que a su vez aumentaría la eficiencia catalítica de lasribozimas).117Desafortunadamente, no se cuenta con evidencia directa de los sistemas genéticos ancestrales porque la recuperación delADN a partir de la mayor parte de los fósiles es imposible. Esto se debe a que el ADN es capaz de sobrevivir en el medioambiente durante menos de un millón de años, y luego empieza a degradarse lentamente en fragmentos de menor tamañoen solución.118Algunas investigaciones pretenden que se ha obtenido ADN más antiguo, por ejemplo un informe sobre elaislamiento de una bacteria viable a partir de un cristal salino de 250 millones de años de antigüedad, 119 pero estos datosson controvertidos.120 121Sin embargo, pueden utilizarse herramientas de evolución molecular para inferir los genomas de organismos ancestrales apartir de organismos contemporáneos.122 123 En muchos casos, estas inferencias son suficientemente fiables, de maneraque una biomolécula codificada en un genoma ancestral puede resucitarse en el laboratorio para ser estudiadahoy.124 125 Una vez que la biomolécula ancestral se ha resucitado, sus propiedades pueden ofrecer inferencias sobreambientes y estilos de vida primigenios. Este proceso se relaciona con el campo emergente de lapaleogenéticaexperimental.126A pesar de todo, el proceso de trabajo hacia atrás desde el presente tiene limitaciones inherentes, razón por la cual otrosinvestigadores tratan de elucidar el mecanismo evolutivo trabajando desde el origen de la Tierra en adelante. Dadasuficiente información sobre la química en el cosmos, la manera en la que las sustancias cósmicas podrían habersedepositado en la Tierra, y las transformaciones que podrían haber tenido lugar en la superficie terrestre primigenia, tal vezpodríamos ser capaces de aprender sobre los orígenes para desarrollar modelos de evolución ulterior de la informacióngenética127 (véase también el artículo sobre el origen de la vida).[editar] Técnicas comunesEl conocimiento de la estructura del ADN ha permitido el desarrollo de multitud de herramientas tecnológicas que explotansus propiedades fisicoquímicas para analizar su implicación en problemas concretos: por ejemplo, desde análisisfilogeńeticos para detectar similitudes entre diferentes taxones, a la caracterización de la variabilidad individual de unpaciente en su respuesta a un determinado fármaco, pasando por un enfoque global, a nivel genómico, de cualquiercaracterística específica en un grupo de individuos de interés. 128Podemos clasificar las metodologías de análisis del ADN en aquellas que buscan su multiplicación, ya in vivo, comola reacción en cadena de la polimerasa (PCR), ya in vitro, como laclonación, y aquellas que explotan las propiedadesespecíficas de elementos concretos, o de genomas adecuadamente clonados. Es el caso de la secuenciación de ADN y dela hibridación con sondas específicas ("southern blot" y chips de ADN).[editar] Tecnología del ADN recombinanteArtículo principal: ADN recombinante.
    • La tecnología del ADN recombinante, piedra angular de la ingeniería genética, permite propagar grandes cantidades de unfragmento de ADN de interés, el cual se dice que ha sido clonado. Para ello, debe introducirse dicho fragmento en otroelemento de ADN, generalmente un plásmido, que posee en su secuencia los elementos necesarios para que la maquinariacelular de un hospedador, normalmente Escherichia coli, lo replique. De este modo, una vez transformada la cepabacteriana, el fragmento de ADN clonado se reproduce cada vez que aquella se divide. 129Para clonar la secuencia de ADN de interés, se emplean enzimas como herramientas de corte y empalme del fragmento ydel vector (el plásmido). Dichas enzimas corresponden a dos grupos: en primer lugar, las enzimas de restricción, queposeen la capacidad de reconocer y cortar secuencias específicas; en segundo lugar, la ADN ligasa, que estableceun enlace covalente entre extremos de ADN compatibles128 (ver sección Nucleasas y ligasas).[editar] SecuenciaciónArtículo principal: Secuenciación de ADN.La secuenciación del ADN consiste en dilucidar el orden de los nucleótidos de un polímero de ADN de cualquier longitud, sibien suele dirigirse hacia la determinación de genomas completos, debido a que las técnicas actuales permiten realizar estasecuenciación a gran velocidad, lo cual ha sido de gran importancia para proyectos de secuenciación a gran escala comoel Proyecto Genoma Humano. Otros proyectos relacionados, en ocasiones fruto de la colaboración de científicos a escalamundial, han establecido la secuencia completa del ADN de muchos genomas deanimales, plantas y microorganismos.El método de secuenciación de Sanger ha sido el más empleado durante el siglo XX. Se basa en la síntesis de ADN enpresencia de didesoxinucleósidos, compuestos que, a diferencia de los desoxinucleósidos normales (dNTPs), carecen deun grupo hidroxilo en su extremo 3. Aunque los didesoxinucleótidos trifosfatados (ddNTPs) pueden incorporarse a lacadena en síntesis, la carencia de un extremo 3-OH imposibilita la generación de un nuevo enlace fosfodiéster con elnucleósido siguiente; por tanto, provocan la terminación de la síntesis. Por esta razón, el método de secuenciación tambiénse denomina «de terminación de cadena». La reacción se realiza usualmente preparando un tubo con el ADN molde, lapolimerasa, un cebador, dNTPs convencionales y una pequeña cantidad de ddNTPs marcados fluorescentemente en subase nitrogenada. De este modo, el ddTTP puede ir marcado en azul, el ddATP en rojo, etc. Durante la polimerización, sevan truncando las cadenas crecientes, al azar, en distintas posiciones. Por tanto, se produce una serie de productos dedistinto tamaño, coincidiendo la posición de la terminación debido a la incorporación del ddNTP correspondiente. Una vezterminada la reacción, es posible correr la mezcla en una electroforesis capilar (que resuelve todos los fragmentos según sulongitud) en la cual se lee la fluorescencia para cada posición del polímero. En nuestro ejemplo, la lectura azul-rojo-azul-azul se traduciría como TATT.130 131[editar] Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)Artículo principal: Reacción en cadena de la polimerasa.La reacción en cadena de la polimerasa, habitualmente conocida como PCR por sus siglas en inglés, es una técnicade biología molecular descrita en 1986 por Kary Mullis,132 cuyo objetivo es obtener un gran número de copias de unfragmento de ADN dado, partiendo de una escasa cantidad de aquél. Para ello, se emplea una ADNpolimerasa termoestable que, en presencia de una mezcla de los cuatro desoxinucleótidos, un tampón de la fuerza iónicaadecuada y los cationes precisos para la actividad de la enzima, dos oligonucleótidos (denominados cebadores)complementarios a parte de la secuencia (situados a distancia suficiente y en sentido antiparalelo) y bajo unas condicionesde temperatura adecuadas, moduladas por un aparato denominadotermociclador, genera exponencialmente nuevosfragmentos de ADN semejantes al original y acotados por los dos cebadores. 129La PCR puede efectuarse como una técnica de punto final, esto es, como una herramienta de generación del ADNdeseado, o como un método continuo, en el que se evalúe dicha polimerización a tiempo real. Esta última variante escomún en la PCR cuantitativa.128[editar]Southern blotArtículo principal: Southern blot.El método de «hibridación Southern» o «Southern blot» (el nombre original en el idioma inglés) permite la detección de unasecuencia de ADN en una muestra compleja o no del ácido nucleico. Para ello, combina una separaciónmediante masa y carga (efectuada mediante una electroforesis en gel) con una hibridación con una sonda de ácido nucleicomarcada de algún modo (ya sea con radiactividad o con un compuesto químico) que, tras varias reacciones, dé lugar a laaparición de una señal de color o fluorescencia. Dicha hibridación se realiza tras la transferencia del ADN separado
    • mediante la electroforesis a una membrana de filtro. Una técnica semejante, pero en la cual no se produce la mencionada separación electroforética se denomina dot blot. El método recibe su nombre en honor a su inventor, el biólogo inglés Edwin Southern.133 Por analogía al método Southern, se han desarrollado técnicas semejantes que permiten la detección de secuencias dadas de ARN (método Northern, que emplea sondas de ARN o ADN marcadas)134 o de proteínas específicas (técnica Western, basada en el uso de anticuerpos).135 [editar]Chips de ADN Artículo principal: Chip de ADN. Microarray con 37.500 oligonucleótidos específicos. Arriba a la izquierda se puede apreciar una región ampliada del chip. Los chips de ADN son colecciones de oligonucleótidos de ADN complementario dispuestos en hileras fijadas sobre un soporte, frecuentemente de cristal. Se utilizan para el estudio de mutaciones de genes conocidos o para monitorizar la expresión génica de una preparación de ARN. [editar]Aplicaciones Ingeniería genética Véanse también: Ingeniería genética y biología molecular. La investigación sobre el ADN tiene un impacto significativo, especialmente en el ámbito de la medicina, pero también en agricultura y ganadería (donde los objetivos son los mismos que con las técnicas tradicionales que el hombre lleva utilizando desde hace milenios - la domesticación, la selección y los cruces dirigidos - para obtener variedades de animales y plantas más productivos). La moderna biología y bioquímica hacen uso intensivo de la tecnología del ADN recombinante, introduciendo genes de interés en organismos, con el objetivo de expresar una proteína recombinante concreta, que puede ser: aislada para su uso posterior: por ejemplo, se pueden transformar microorganismos para convertirlos en auténticas fábricas que producen grandes cantidades de sustancias útiles, comoinsulina o vacunas, que posteriormente se aíslan y se utilizan terapéuticamente.136 137 138 necesaria para reemplazar la expresión de un gen endógeno dañado que ha dado lugar a una patología, lo que permitiría el restablecimiento de la actividad de la proteína perdida y eventualmente la recuperación del estado fisiológico normal, no patológico. Este es el objetivo de la terapia génica, uno de los campos en los que se está trabajando activamente en medicina, analizando ventajas e inconvenientes de diferentes sistemas de administración del gen (virales y no virales) y los mecanismos de selección del punto de integración de los elementos genéticos (distintos para los virus y los transposones) en el genoma diana.139 En este caso, antes de plantearse la posibilidad de realizar una terapia génica en una determinada patología, es fundamental comprender el impacto del gen de interés en el desarrollo de dicha patología, para lo cual es necesario el desarrollo de un modelo animal, eliminando o modificando dicho gen en un animal de laboratorio, mediante la
    • técnica „‟knockout‟‟.140 Sólo en el caso de que los resultados en el modelo animal sean satisfactorios se procedería a analizar la posibilidad de restablecer el gen dañado mediante terapia génica. utilizada para enriquecer un alimento: por ejemplo, la composición de la leche (una importante fuente de proteínas para el consumo humano y animal) puede modificarse mediante transgénesis, añadiendo genes exógenos y desactivando genes endógenos para mejorar su valor nutricional, reducir infecciones en las glándulas mamarias, proporcionar a los consumidores proteínas antipatógenas y preparar proteínas recombinantes para su uso farmacéutico. 141 142 útil para mejorar la resistencia del organismo transformado: por ejemplo en plantas se pueden introducir genes que confieren resistencia a patógenos (virus, insectos, hongos…), así como a agentes estresantes abióticos (salinidad, sequedad, metales pesados…).143 144 145 [editar]Medicina forense Véase también: Huella genética. Los médicos forenses pueden utilizar el ADN presente en la sangre, el semen, la piel, la saliva o el pelo en la escena de un crimen para identificar al responsable. Esta técnica se denominahuella genética, o también "perfil de ADN". Al realizar la huella genética, se compara la longitud de secciones altamente variables de ADN repetitivo, como los microsatélites, entre personas diferentes. Este método es frecuentemente muy fiable para identificar a un criminal.146 Sin embargo, la identificación puede complicarse si la escena está contaminada con ADN de personas diferentes. 147 La técnica de la huella genética fue desarrollada en 1984 por el genetista británico Sir Alec Jeffreys,148 y fue utilizada por primera vez en medicina forense para condenar a Colin Pitchfork por los asesinatos de Narborough en 1983 y de Enderby en 1986.149 Se puede requerir a las personas acusadas de ciertos tipos de crímenes que proporcionen una muestra de ADN para introducirlos en una base de datos. Esto ha facilitado la labor de los investigadores en la resolución de casos antiguos, donde sólo se obtuvo una muestra de ADN de la escena del crimen, en algunos casos permitiendo exonerar a un convicto. La huella genética también puede utilizarse para identificar víctimas de accidentes en masa, 150 o para realizar pruebas de consanguinidad.151 [editar]Bioinformática Véase también: Bioinformática. La bioinformática implica la manipulación, búsqueda y extracción de información de los datos de la secuencia del ADN. El desarrollo de las técnicas para almacenar y buscar secuencias de ADN ha generado avances en el desarrollo de software de los ordenadores, para muchas aplicaciones, especialmente algoritmos de búsqueda de frases, aprendizaje automático y teorías debases de datos.152 La búsqueda de frases o algoritmos de coincidencias, que buscan la ocurrencia de una secuencia de letras dentro de una secuencia de letras mayor, se desarrolló para buscar secuencias específicas de nucleótidos.153 En otras aplicaciones como editores de textos, incluso algoritmos simples pueden funcionar, pero las secuencias de ADN pueden generar que estos algoritmos presenten un comportamiento de casi-el-peor-caso, debido al bajo número de caracteres. El problema relacionado del alineamiento de secuencias persigue identificar secuencias homólogas y localizar mutaciones específicas que las diferencian. Estas técnicas, fundamentalmente el alineamiento múltiple de secuencias, se utilizan al estudiar las relacionesfilogenéticas y la función de las proteínas.154 Las colecciones de datos que representan secuencias de ADN del tamaño de un genoma, tales como las producidas por el Proyecto Genoma Humano, son difíciles de usar sin anotaciones, que marcan la localización de los genes y los elementos reguladores en cada cromosoma. Las regiones de ADN que tienen patrones asociados con genes que codifican proteínas – o ARN – pueden identificarse por algoritmos de localización de genes, lo que permite a los investigadores predecir la presencia de productos génicosespecíficos en un organismo incluso antes de que haya sido aislado experimentalmente.155
    • [editar]Nanotecnología de ADNLa estructura de ADN de la izquierda (mostrada de forma esquemática) se auto-ensambla en la estructura visualizada por microscopía de fuerzaatómica a la derecha. La nanotecnología de ADN es el campo que busca diseñar estructuras a nanoescala utilizando las propiedades de reconocimientomolecular de las moléculas de ADN. Imagen de Strong, 2004. Plantilla:Doi-inlineVéase también: Nanotecnología.La nanotecnología de ADN utiliza las propiedades únicas de reconocimiento molecular del ADN y otros ácidos nucleicospara crear complejos ramificados auto-ensamblados con propiedades útiles. En este caso, el ADN se utiliza como unmaterial estructural, más que como un portador de información biológica.156 Esto ha conducido a la creación de láminasperiódicas de dos dimensiones (ambas basadas en azulejos, así como usando el método de ADN origami157 ), además deestructuras en tres dimensiones con forma de poliedros.[editar]Historia y antropologíaVéanse también: Filogenia y Genealogía molecular.A lo largo del tiempo, el ADN almacena mutaciones que se heredan y, por tanto, contiene información histórica, de maneraque comparando secuencias de ADN, los genetistas pueden inferir la historia evolutiva de los organismos, sufilogenia.158 Lainvestigación filogenética es una herramienta fundamental en biología evolutiva. Si se comparan las secuencias de ADNdentro de una especie, los genetistas de poblaciones pueden conocer la historia de poblaciones particulares. Esto se puedeutilizar en una amplia variedad de estudios, desde ecología hasta antropología, como ilustra el análisis de ADN llevado acabo para identificar las Diez Tribus Perdidas de Israel. 159 160 Por otro lado, el ADN también se utiliza para estudiarrelaciones familiares recientes.