A DNA

Qué es el A-DNA

El ADN no tiene una forma única. Según el agua que lo rodea, los iones presentes y su propia secuencia de bases, la doble hélice se enrolla de maneras distintas, y la forma A es la más compacta de las dos variantes que giran a la derecha. En el interior de la célula predomina la otra, la forma B del modelo que James Watson y Francis Crick publicaron en 1953. La forma A aparece de manera más localizada y en circunstancias concretas.

Detrás del nombre no hay ninguna raíz clásica. La letra es una etiqueta de laboratorio: la que Rosalind Franklin y su doctorando Raymond Gosling pusieron en 1951 a la variante seca y cristalina de las fibras de ADN, para separarla de la variante húmeda, que llamaron B. DNA es la sigla inglesa de deoxyribonucleic acid y en español lo habitual es escribir ADN, pero la nomenclatura estructural internacional fijó las formas A-DNA, B-DNA y Z-DNA, y así figuran en casi toda la bibliografía especializada. La palabra hélice sí tiene ascendencia griega (ἕλιξ, hélix, «espiral»), llegada al castellano a través del latín helix.

Rosalind Franklin y la forma cristalina

Todo empezó en el laboratorio de biofísica del King's College de Londres. En otoño de 1951 Franklin logró mantener constante la humedad dentro de la cámara de rayos X, haciendo burbujear hidrógeno a través de soluciones salinas, y comprobó que una misma fibra daba dos patrones de difracción muy distintos según estuviera seca o hidratada. Eso explicaba por qué las imágenes anteriores, como las de William Astbury, salían tan borrosas: las muestras mezclaban las dos formas sin que nadie lo supiera. Tras un desacuerdo con Maurice Wilkins, el director del laboratorio propuso un reparto. Franklin estudiaría la forma A; Wilkins, la B.

La forma A resultó más difícil de lo previsto. Sus diagramas eran nítidos y ricos en datos, pero el análisis matemático que aplicaba Franklin, la función de Patterson, no terminaba de cuadrar con una hélice, hasta el punto de que en julio de 1952 ella y Gosling colgaron en broma un aviso que anunciaba la «muerte de la hélice cristalina». En febrero de 1953 concluyó que las dos formas eran hélices de dos cadenas. Para entonces, la fotografía 51 ya había llegado a manos de Watson sin que ella lo supiera.

Geometría de la hélice A

Las dos cadenas giran a la derecha, como en la forma B, pero la hélice está mucho más apretada. Cada vuelta completa reúne unos 11 pares de bases, frente a 10,5 en la forma B, y lo que avanza la molécula de un par al siguiente baja de 0,34 nm a unos 0,26 nm. Un mismo fragmento de ADN mide así alrededor de una cuarta parte menos en forma A. Gana, a cambio, anchura.

Lo más llamativo es dónde quedan las bases. No se apilan perpendiculares al eje sino inclinadas unos 20 grados y desplazadas hacia la periferia, de modo que en el centro se abre un hueco de alrededor de 0,9 nm; mirada desde uno de sus extremos, la molécula se parece más a un tubo que a una escalera de caracol. El origen de todo ese cambio está en el azúcar. El anillo de la desoxirribosa se pliega en la conformación llamada C3'-endo, y no en la C2'-endo propia de la forma B, y esa diferencia en un solo átomo arrastra la geometría entera de la cadena.

También cambian los surcos. El surco mayor se vuelve estrecho y profundo, y el surco menor queda ancho y casi plano. Para las proteínas que reconocen la secuencia del ADN desde los surcos no es un detalle menor, porque los grupos químicos de las bases quedan expuestos de otra manera.

Condiciones en que se forma y presencia en los seres vivos

En el laboratorio la forma A aparece cuando el ADN pierde agua. Las fibras mantenidas al 75 % de humedad relativa la adoptan, y la favorecen también los disolventes orgánicos y las concentraciones altas de sal. Importa la secuencia: los tramos con dos citosinas seguidas pasan a la forma A con facilidad, mientras que los ricos en adeninas consecutivas se resisten.

Con el ARN la geometría A no depende del agua, sino de la química. Su azúcar, la ribosa, conserva un grupo hidroxilo en el carbono 2' que le dificulta mucho el plegamiento de la forma B. Por eso las dobles cadenas de ARN, y los híbridos de ADN y ARN que se forman durante la transcripción, tienen geometría de tipo A o muy próxima a ella.

Algunas proteínas imponen la forma A a tramos cortos de ADN al unirse a ellos. Ocurre en complejos con polimerasas, donde el cambio deja expuesto el esqueleto de azúcar y fosfato para la reacción y podría ayudar a que la copia sea fiel; el ejemplo cristalográfico más citado es la transcriptasa inversa del virus de la inmunodeficiencia humana. La proteína que reconoce la caja TATA de los promotores parece pasar también por un estado de tipo A antes de doblar el ADN.

El caso más claro de utilidad biológica viene de las bacterias. En las esporas de Bacillus subtilis, unas proteínas pequeñas que recubren el genoma lo mantienen en forma A, y en esa conformación las bases son unas diez veces menos sensibles al daño por radiación ultravioleta. En 2014 un equipo de la Universidad Monash, en Australia, observó mediante espectroscopia infrarroja que bacterias vivas sin ese mecanismo proteico también convierten todo su ADN a la forma A cuando se desecan, y lo devuelven a la forma B al rehidratarse.

Diferencias con la forma B y la forma Z

La forma B, la que predomina en un medio acuoso con sales en concentración fisiológica, es más esbelta, con unos 2 nm de diámetro. Lleva las bases casi perpendiculares al eje, carece de hueco central y tiene un surco mayor ancho por el que la mayoría de las proteínas reguladoras leen la secuencia. Pasar de una forma a otra no exige romper ningún enlace covalente, solo cambiar la conformación.

Con la Z-DNA el parentesco es menor. Gira hacia la izquierda, su esqueleto describe un zigzag (de ahí la letra) y solo se forma en secuencias especiales, sobre todo en alternancias de citosina y guanina; cualquier secuencia mixta, en cambio, puede pasar de B a A si cambian las condiciones. Las tres formas se comparan en la entrada estructura del DNA.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se llama «A» esta forma del ADN?

Es la letra que Rosalind Franklin y Raymond Gosling asignaron en 1951 a la variante seca y cristalina de las fibras de ADN; la húmeda recibió la B. Las letras no aluden a ninguna propiedad química.

¿Es lo mismo A-DNA que ADN deshidratado?

No. Quitar agua es la vía clásica para obtenerla, pero hay otras: las sales, los disolventes orgánicos, la unión de determinadas proteínas o la presencia de ribosa en lugar de desoxirribosa, como sucede en el ARN, conducen a la misma geometría sin necesidad de secar la molécula.

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

Existe, aunque de forma puntual. La adoptan las dobles cadenas de ARN y los híbridos de ADN y ARN, y la adquieren tramos cortos de ADN cuando se unen a ciertas polimerasas. En las esporas bacterianas el genoma entero se mantiene en forma A gracias a proteínas protectoras. Más sorprendente fue el hallazgo publicado en 2014 por investigadores de la Universidad Monash: cuatro especies de bacterias vivas, sin esas proteínas, pasaban su ADN de la forma B a la A al desecarse. Y volvían a la B en cuanto recuperaban el agua.

¿La famosa fotografía 51 muestra la forma A?

No, muestra la forma B. Se obtuvo en el laboratorio de Franklin en mayo de 1952 y Wilkins se la enseñó a Watson sin que ella lo supiera. Franklin dedicó casi todo su trabajo de 1952 a la forma A.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. ¿Qué es el ADN? MedlinePlus Genética.
2. Potaman VN, Sinden RR. DNA: Alternative Conformations and Biology. Madame Curie Bioscience Database. Austin (TX): Landes Bioscience; 2000-2013. NCBI Bookshelf.
3. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. The DNA Riddle: King's College, London, 1951-1953. Rosalind Franklin Papers, Profiles in Science.
4. Whelan DR, Hiscox TJ, Rood JI, Bambery KR, McNaughton D, Wood BR. Detection of an en masse and reversible B- to A-DNA conformational transition in prokaryotes in response to desiccation. J R Soc Interface. 2014;11(97):20140454.