A DNA

Qué es el A-DNA

El ADN no tiene una geometría fija. Dependiendo del grado de hidratación, de la secuencia de bases nitrogenadas y del entorno iónico, la doble hélice adopta conformaciones distintas. La más frecuente en condiciones fisiológicas es la B-DNA, descrita por Watson y Crick en 1953. Pero antes de que ese modelo existiera, Rosalind Franklin ya había identificado, en el laboratorio de biofísica del King's College de Londres, que las fibras de ADN producían dos patrones de difracción de rayos X muy diferentes según su contenido de agua. Al patrón cristalino obtenido con fibras deshidratadas lo denominó forma A; al patrón más difuso de las fibras húmedas, forma B.

La denominación no es caprichosa: Franklin estableció esa nomenclatura entre 1951 y 1952 simplemente por orden alfabético de observación. La forma A fue la primera que consiguió resolver con suficiente detalle cristalográfico —de ahí la letra—, mientras que la forma B, aunque menos ordenada en las placas, proporcionó la célebre Fotografía 51, la imagen de difracción que acabó sirviendo de base al modelo de doble hélice. Franklin eligió concentrarse en el análisis matemático de la forma A, más rica en datos cristalográficos; Raymond Gosling y Maurice Wilkins continuaron con la forma B. Es una de esas ironías de la historia de la ciencia: la conformación que dio menos fama fue la que exigió más trabajo analítico.

Etimológicamente, la sigla DNA procede del inglés deoxyribonucleic acid. En español se emplea indistintamente ADN o DNA, y la forma A-DNA conserva la grafía inglesa por convención cristalográfica internacional. El prefijo griego ἀ- (privativo, "sin") contenido en "desoxirribosa" alude a la ausencia del grupo hidroxilo en la posición 2' de la ribosa, que es precisamente lo que distingue al ADN del ARN.

Geometría de la hélice A y condiciones de formación

En la conformación A la doble hélice gira a derechas, igual que la forma B, pero con parámetros geométricos distintos. Cada vuelta completa contiene aproximadamente 11 pares de bases, frente a los 10,5 de la B-DNA, y la distancia axial entre un par y el siguiente se reduce de 0,34 nm a unos 0,26 nm. El resultado neto es una hélice entre un 20 % y un 25 % más corta que la forma B para una misma longitud de secuencia, pero considerablemente más ancha.

Las bases no se apilan perpendiculares al eje, como ocurre en la B-DNA: están inclinadas unos 19-20° y desplazadas hacia la periferia, de modo que en el centro de la molécula se abre un hueco cilíndrico que resulta muy evidente en las imágenes de difracción. Ese orificio es, de hecho, la firma cristalográfica de la forma A. El azúcar adopta la conformación C3'-endo —frente al plegamiento C2'-endo de la B-DNA—, y ese cambio en el anillo de la desoxirribosa arrastra al resto de la geometría.

Los surcos de la hélice también cambian. El surco mayor se hace profundo y estrecho, mientras que el surco menor se ensancha y se aplana. Esto tiene consecuencias para las proteínas que reconocen secuencias específicas del ADN, porque la accesibilidad a las bases desde cada surco cambia radicalmente en comparación con la forma B.

¿Cuándo aparece la forma A? Principalmente al reducirse el contenido de agua alrededor de la fibra —por debajo del 75 % de humedad relativa, la transición B→A se produce de forma espontánea—. También la inducen ciertos alcoholes y sales. Pero la relevancia biológica va más allá del laboratorio: el ARN de doble cadena y los híbridos ADN-ARN que se forman durante la transcripción adoptan espontáneamente una conformación tipo A, porque el grupo hidroxilo extra de la ribosa impide la geometría B. En 2014, un estudio con espectroscopia infrarroja demostró que bacterias sometidas a desecación convierten en masa su ADN de la forma B a la forma A, un mecanismo de protección que muy probablemente es evolutivamente antiguo.

Diferenciación con la B-DNA y la Z-DNA

La B-DNA es la conformación predominante en el interior de la célula, en un medio acuoso con concentraciones fisiológicas de sales. Su hélice es más esbelta, las bases se apilan casi perpendiculares al eje y el surco mayor es ancho y poco profundo, lo que facilita la lectura de la secuencia por parte de factores de transcripción y otras proteínas reguladoras. El diámetro ronda los 2,0 nm, frente a los 2,3 nm de la forma A.

Con la Z-DNA el panorama cambia por completo: se trata de una hélice levógira —gira hacia la izquierda— cuyo esqueleto azúcar-fosfato describe un trazado en zigzag, de donde toma su nombre. Aparece en tramos ricos en dinucleótidos GC alternantes y su papel biológico se ha vinculado a la regulación de la expresión génica y a la respuesta inmunitaria frente a ácidos nucleicos virales. De las tres conformaciones, la A-DNA es la menos frecuente en el medio intracelular, aunque su presencia resulta demostrable en complejos de transcripción y en situaciones de estrés hídrico.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se llama "A" esta conformación del ADN?

La letra procede de la nomenclatura que Rosalind Franklin estableció a principios de la década de 1950, en el laboratorio de biofísica del King's College de Londres. Franklin observó que las fibras de ADN producían dos patrones de difracción de rayos X según su grado de hidratación y les asignó las letras A (forma cristalina, deshidratada) y B (forma húmeda) por simple orden alfabético.

¿Existe A-DNA en las células vivas o solo se obtiene en el laboratorio?

Sí existe en contextos biológicos reales. Los dúplex de ARN de doble cadena y los híbridos ADN-ARN que se forman durante la transcripción adoptan geometría tipo A. En bacterias se ha documentado también una conversión masiva y reversible de B-DNA a A-DNA como respuesta a la desecación.

¿Qué diferencia al A-DNA del B-DNA que describieron Watson y Crick?

Ambas son hélices dextrógiras, pero la forma A es más corta, más ancha, tiene más pares de bases por vuelta (11 frente a 10,5) y las bases se disponen oblicuas al eje. La diferencia más visible en una imagen de difracción es el orificio central del A-DNA, ausente en la forma B. En términos químicos, la conformación del azúcar es distinta: C3'-endo en la forma A, C2'-endo en la B.

¿Es lo mismo A-DNA que ADN deshidratado?

No exactamente. La deshidratación es la condición clásica que induce la transición a la forma A, pero no es la única: ciertos alcoholes, determinadas secuencias de bases y, sobre todo, la presencia de ribosa en lugar de desoxirribosa —como ocurre en el ARN— también favorecen la geometría A sin necesidad de retirar agua.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. ¿Qué es el ADN? MedlinePlus Genetics en español.
2. Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI). Ácido desoxirribonucleico (ADN). Glosario de genética.
3. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. The DNA Riddle: King's College, London, 1951-1953. Rosalind Franklin — Profiles in Science.
4. Manual MSD, versión para profesionales. Generalidades sobre la genética.