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. La forma A es más compacta que la B, que es la que predomina en el interior de la célula y la que describe el modelo publicado por James Watson y Francis Crick en 1953. La A aparece solo en tramos localizados y en determinadas condiciones.

El nombre no tiene raíz clásica. La A es la etiqueta que Rosalind Franklin y su doctorando Raymond Gosling pusieron en 1951 a la variante seca y cristalina de las fibras de ADN, para distinguirla de la húmeda, que llamaron B. DNA es la sigla inglesa de deoxyribonucleic acid. En español se escribe ADN, pero para estas variantes la bibliografía especializada usa casi siempre A-DNA, B-DNA y Z-DNA. Hélice sí viene del griego (ἕλιξ, hélix, «espiral»), a través del latín helix.

Rosalind Franklin y la forma cristalina

Franklin trabajaba en el laboratorio de biofísica del King’s College de Londres. En otoño de 1951 consiguió mantener constante la humedad dentro de la cámara de rayos X, haciendo burbujear hidrógeno a través de soluciones salinas, y vio 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. Tras un desacuerdo con Maurice Wilkins, el director del laboratorio repartió el trabajo. Franklin estudiaría la forma A, y Wilkins, la B.

La forma A dio más trabajo del previsto. Sus diagramas eran nítidos y daban muchos datos, pero el análisis matemático que aplicaba Franklin, la función de Patterson, no terminaba de cuadrar con una hélice. En julio de 1952 ella y Gosling llegaron a colgar, en broma, una esquela por la «muerte de la hélice cristalina». En febrero de 1953 Franklin concluyó que las dos formas eran hélices de dos cadenas. Para entonces Watson ya había visto la fotografía 51 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 la molécula avanza unos 0,26 nm de un par al siguiente, en lugar de 0,34 nm. Por eso un mismo fragmento de ADN mide alrededor de una cuarta parte menos en forma A, y es más ancho.

Las bases tampoco se colocan igual. En la forma A se inclinan unos 20 grados respecto al eje y se desplazan hacia la periferia, de modo que en el centro queda un hueco de alrededor de 0,9 nm. Vista desde un extremo, la molécula recuerda más a un tubo que a una escalera de caracol. El cambio empieza en el azúcar. En la forma A, 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 ese pliegue distinto modifica la geometría de toda la cadena.

También cambian los surcos. El surco mayor se vuelve estrecho y profundo, y el surco menor, ancho y casi plano. Esto afecta a las proteínas que leen la secuencia del ADN desde los surcos, 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, el ADN adopta la forma A cuando pierde agua. Las fibras mantenidas al 75 % de humedad relativa pasan a esta forma, y también la favorecen los disolventes orgánicos y las concentraciones altas de sal. La secuencia influye: los tramos con dos citosinas seguidas pasan a la forma A con facilidad, mientras que los ricos en adeninas consecutivas se resisten.

En el ARN, la geometría A se debe a su composición química, sin que haga falta quitar agua. Su azúcar, la ribosa, conserva un grupo hidroxilo en el carbono 2' que 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.

La función biológica mejor documentada se ha visto en 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 (Australia) comprobó mediante espectroscopia infrarroja que bacterias vivas que carecen de esas proteínas 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, que predomina en un medio acuoso con sales en concentración fisiológica, es más esbelta, con unos 2 nm de diámetro. Tiene las bases casi perpendiculares al eje, no deja hueco central y su surco mayor es ancho; por él leen la secuencia la mayoría de las proteínas reguladoras. Para pasar de una forma a otra no se rompe ningún enlace covalente, solo cambia la conformación.

La Z-DNA se parece menos. 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. En cambio, casi cualquier secuencia mixta 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. A la húmeda le dieron la B. Las letras no se refieren 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 en el ARN, llevan a la misma geometría sin 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 unas proteínas protectoras. En 2014, investigadores de la Universidad Monash publicaron que 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 al recuperar 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.