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El ácido desoxirribonucleico (ADN) fue descubierto en la década en la que Darwin publicaba “El origen de las especies” y Mendel presentaba sus resultados ante un grupo de cuarenta personas en la Sociedad de Historia Nacional de Brünn. En 1869 el químico alemán F. Miescher había extraído de los núcleos de las células una sustancia blanca y ligeramente ácida que contenía fósforo. Primero se la llamó ácido nucleico y luego se la denominó ácido desoxirribonucleico para distinguirla de otra sustancia muy parecida, que fue aislada posteriormente, el ácido ribonucleico (ARN). Venidos en el tiempo por el año 1914 el alemán, R. Feulgen, descubrió que el ADN poseía una afinidad extraordinaria por un colorante rojo llamado fucsina, pero no dio importancia a este hallazgo y, por una década, ni siquiera se tomó la molestia de publicarlo. La coloración de Feulgen, como se la denominó al generalizarse su uso, revelaba la presencia de ADN en todas las células y su ubicación característica en los cromosomas.

El ADN no suscitó mayor interés por varios decenios, porque nadie le había atribuido ningún papel en el metabolismo celular. En 1940, M. Delbruck y S. Luria emprendieron estudios con una serie de virus que atacaban a las células bacterianas (conocidos como bacteriófagos). El análisis químico de los bacteriófagos reveló que, sencillamente, consisten en ADN y proteína. La simplicidad química del bacteriófago ofreció a los genetistas la oportunidad de distinguir si los genes virales tenían que estar en la proteína o en el ADN. A partir de experimentos realizados hacia 1952 por A. Hershey y M. Chase, utilizando 32P (fósforo) y 35S (azufre) para marcar al ADN y a las proteínas respectivamente, se llegó a la conclusión que el material genético del virus es el ADN.

Es así como se estableció que la molécula de ADN tenía el tamaño, la configuración y la complejidad requeridos para codificar la enorme cantidad de información que los seres vivos necesitan y para realizar copias exactas de este código, se aceptó ampliamente el ADN como material genético.
Los hombres de ciencia principalmente responsables de elucidar la estructura de la molécula de ADN fueron J. Watson y F. Crick, cuya hazaña es uno de los hitos de la historia de la ciencia.

Watson y Crick propusieron en 1952 su clásico modelo de la doble hélice. Este modelo se basa en las siguientes premisas:

a) El ADN es una estructura polimérica constituida por bases purínicas (adenina y guanina) y pirimidínicas (timina y citosina).

b) Está constituido por dos cadenas enrolladas, una alrededor de la otra en forma de una doble hélice regular.

c) Cada cadena es un polinucleótido, en el cual la desoxirribosa de un nucleótido está unida por un grupo fosfato a la desoxirribosa del nucleótido adyacente. Las bases purínicas y pirimidínicas son relativamente chatas y tienden a apilarse una encima de la otra en forma perpendicular al eje principal de la molécula.

d) Las dos cadenas se encuentran unidas entre sí por puentes de hidrógeno establecidos entre los pares de bases. Cada adenina de una cadena está apareada con una timina de la otra por medio de dos puentes de hidrógeno, mientras que cada guanina de una cadena se aparea a una citosina de la otra por medio de tres puentes de hidrógeno. Como consecuencia de esto el par C-G es más estable que el par A-T.

e) Este tipo de estructura es el resultado, además, del hecho de que las bases apareadas se encuentran en la “zona interna” de la doble hélice, mientras que los puentes desoxirribosa-fosfato - desoxirribosa-fosfato están “hacia afuera”. En este sentido es importante destacar que las cadenas son antiparalelas, esto significa que mientras en una cadena el sentido es desoxirribosa 5’OH-fosfato-3’OH-desoxirribosa- desoxirribosa 5’OH-fosfato-3’OH-desoxirribosa, etc. en la otra es desoxirribosa 3’OH-fosfato-5’OH-desoxirribosa desoxirribosa 3’OH-fosfato-5’OH-desoxirribosa, etc.
La característica más importante del modelo es la complementariedad entre las dos cadenas: una cadena es exactamente complementaria de la otra, de manera que cuando en una de ellas aparece una adenina , frente a ésta y en la otra cadena debe haber una timina. Esto es también válido para el par citosina-guanina. La complementariedad entre las dos cadenas sugiere la existencia de un mecanismo de autoduplicación de la molécula que incluye,primero la separación de las dos cadenas mediante mecanismos enzimáticos y luego, a causa del carácter obligatorio o complementario del apareamiento de bases, la síntesis enzimática de una cadena idéntica a aquella de la que se separó.

Organizaciones espaciales del ADN
El ADN presenta tres organizaciones espaciales diferentes, todas ellas con forma de hélice, a las que se ha denominado formas A, B y Z del ADN. Todas están formadas por dos cadenas de ADN antiparalelas, que se mantienen unidas entre sí por apareamiento de bases complementarias. Tanto la hélice tipo A como la B son dextrógiras, mientras que la forma Z adopta una estructura helicoidal con giro a la izquierda. En efecto, estas configuraciones alternativas sugieren que el ADN es una molécula más flexible de lo que se creía y que puede adoptar varias formas diferentes en el genoma.

Disposición del ADN en el núcleo celular

Como se describió anteriormente, el ADN es la molécula que transmite la información genética de una célula a otra y de un organismo a otro. El ADN no se halla libre sino formado por un complejo denominado cromatina.

La cromatina puede aislarse separando los núcleos y tratándolos con soluciones hipotónicas, en las que aparecen como una suspensión gelatinosa que contiene ADN, ARN, proteínas básicas o histonas y proteínas ácidas o no histónicas. El contenido de ARN y proteínas no histónicas varía en diferentes células, pero las histonas se encuentran siempre en una relación de peso 1:1 con el ADN.

Las proteínas no histónicas son muy heterogéneas y varían en distintas células. Entre ellas se incluyen: las ARN polimerasas, las ADN polimerasas y diversas proteínas reguladoras.

En cambio, sólo hay cinco clases de histonas H1, H2 A, H2B, H3 y H4, cada una presente en grandes cantidades, lo que sugiere su rol estructural. Las histonas son relativamente pequeñas y básicas, ya que contienen entre un 10 y 20 % de los aminoácidos básicos: arginina o lisina. De esta forma se unen fuertemente al ADN que es ácido. Las histonas H2A, H2B, H3 y H4 (histonas nucleosómicas) son semejantes en diversas especies y se encuentran entre las proteínas más conservadas que se conocen. Estas cuatro histonas se hallan en cantidades equimoleculares (dos de cada una por 200 pares de bases de ADN). La histona H1 no se conserva entre especies y hasta tiene formas específicas para diversos tejidos. Hay sólo una molécula de H1 por cada 200 pares de bases y se une al ADN en forma más laxa. Esta histona está relacionada con el plegamiento de la fibra de cromatina.

Al observar extendidos de cromatina, se encontró una estructura repetitiva en forma de cuentas de collar de 10 nm, los nucleosomas, conectados entre sí por un filamento de ADN. Con tratamientos más leves la disposición en forma de cuentas de collar no aparece, y las “cuentas” se tocan entre sí formando una fibra de 10 nm que representa el primer grado de organización de la cromatina.

Por otro lado, si se digiere la cromatina con una enzima llamada nucleasa microcócica, se puede cortar el ADN en segmentos de diferente tamaño, todos múltiplos de 200 pares de bases. También se observó que las histonas H3 y H4 tienden a asociarse formando tetrámeros de dos moléculas cada una. Considerando que las cuatro histonas H2A, H2B, H3 y H4 , se hallan en cantidades equimoleculares, R. Kornberg, en 1974, propuso un modelo de nucleosoma, en el cual las cuatro histonas se disponen formando un octámero con 200 pares de bases de ADN. Los octámeros están en contacto íntimo y el ADN se enrolla en la periferia del nucleosoma. Los nucleosomas adyacentes están unidos por el ADN de conexión o puente que está más expuesto a la enzima. Una leve digestión da origen a los nucleosomas, formados por un octámero de histonas, 200 pares de bases de ADN y una molécula de histona H1. El ADN describe dos giros completos alrededor de los octámeros de histona y estas dos vueltas se estabilizan con una molécula de H1. La digestión más fuerte genera una partícula o núcleo del nucleosoma (core) de 146 pares de bases que ha perdido el ADN de conexión y la histona H1. El ADN entra y sale del nucleosoma en sitios próximos entre sí y las dos vueltas de ADN son estabilizadas o “selladas” por la histona H1. Asi, la cromatina que no tiene H1 origina el aspecto en cuentas de un collar, en el cual el ADN entra y sale de los nucleosomas al azar.

La histona H1 también puede interactuar con la H1 de otros nucleosomas adyacentes y esto lleva a un mayor plegamiento de la fibra. La Figura 3 esquematiza el sistema por el cual la histona H1 contribuiría al empaquetamiento de los nucleosomas adyacentes. Estudios de fibras de cromatina y de cromosomas, por microscopía electrónica, revelaron la presencia de una fibra “gruesa” cuyo diámetro varía entre los 20 y 30 nm denominada solenoide. Esta fibra está formada por nucleosomas muy compactos y se origina por el plegamiento de la cadena de nucleosomas en una estructura helicoidal que tiene seis nucleosomas por vuelta. Toda la estructura se estabiliza por interacciones entre moléculas de H1 en los nucleosomas adyacentes. Las moléculas de H1 pueden interactuar entre sí porque se hallan localizadas en el “orificio” central del solenoide. La histona H1 desempeña un papel fundamental en esta condensación ya que no se puede formar solenoide con cromatina desprovista de histona H1. En esta fibra el ADN está empaquetado unas 40 veces; por lo tanto, para llegar a la condensación alcanzada en el cromosoma metafásico, esa fibra debe plegarse unas 100 veces más durante la mitosis.

En el curso de la división celular la cromatina se concentra en cromosomas. Su morfología se observa mejor en la metafase y la anafase, períodos en los cuales la concentración alcanza un máximo.

Integrantes:
Linguido David
Muchiutti Emmanuel
Mas Yanina