Doble hélice

Qué es la doble hélice

Con el término doble hélice se designa la configuración geométrica del ADN en condiciones fisiológicas: una estructura helicoidal formada por dos cadenas de polinucleótidos que se enrollan, antiparalelas, alrededor del mismo eje. Cada cadena lleva por fuera el esqueleto de azúcar (desoxirribosa) y fosfato; las bases nitrogenadas se proyectan hacia el interior y se aparean con las de la hebra opuesta. Esa disposición, con los pares de bases apilados como los peldaños de una escalera de caracol, es la imagen icónica con la que se ha popularizado el ADN.

La palabra hélice procede del griego ἕλιξ (hélix), que designa cualquier figura enrollada en espiral en torno a un eje, desde un caracol hasta un tornillo. El término ya aparece en Eurípides y en Homero aplicado a objetos en espiral, y llegó al vocabulario científico a través del latín helix sin variaciones de significado. El calificativo doble, del latín duplus, fue añadido en 1953 para distinguir esta configuración de las hélices simples que la cristalografía ya había descrito en otras macromoléculas, como la hélice α de las proteínas.

Geometría y dimensiones

Las cifras que definen la doble hélice del ADN, en su forma habitual o forma B, fueron deduciéndose entre 1953 y 1980 a partir de datos de difracción de rayos X y, más tarde, de estudios de resonancia magnética nuclear y cristalografía de fragmentos cortos. El diámetro de la hélice es de unos 2 nm. Cada vuelta completa de 360° mide aproximadamente 3,4 nm a lo largo del eje, y dentro de esa vuelta se acomodan unos diez pares de bases. La distancia entre pares de bases consecutivos, una décima parte del paso de hélice, es por tanto de 0,34 nm.

El enrollamiento de la forma B es dextrógiro: si la hélice se observa desde un extremo en dirección al opuesto, las hebras avanzan girando hacia la derecha. Las dos cadenas no solo se enrollan: lo hacen con una orientación opuesta. Una corre en sentido 5'→3' y la otra en sentido 3'→5'. Esa antiparalelidad es una propiedad geométrica imprescindible para que las bases complementarias —adenina con timina, citosina con guanina— puedan emparejarse con la geometría correcta de los puentes de hidrógeno.

Una consecuencia importante del enrollamiento es la aparición, en la superficie de la molécula, de dos hendiduras de tamaño desigual: el surco mayor, más ancho y profundo, y el surco menor, más estrecho. Ambos no son simples accidentes geométricos: son los lugares por donde las proteínas reguladoras —factores de transcripción, enzimas, complejos remodeladores— acceden a las bases sin necesidad de separar las dos hebras. El reconocimiento secuencia-específico que está detrás de cualquier proceso de activación o silenciamiento génico empieza, casi siempre, en uno de estos dos surcos.

Conformaciones: las formas A, B y Z

La forma B, descrita por Watson y Crick, corresponde al ADN en disolución fisiológica con humedad alta. Es la conformación que adopta el ADN en el interior de la célula durante la inmensa mayor parte del tiempo, y es la que se asume cuando se habla, sin más, de la doble hélice.

Junto a ella existen dos conformaciones alternativas, también helicoidales pero con geometría distinta. El A-DNA, observado por primera vez por Rosalind Franklin en condiciones de baja hidratación, es una hélice dextrógira más corta y ancha, con las bases inclinadas respecto al eje; aparece en muestras experimentales deshidratadas y, dentro de la célula, en zonas localizadas como las regiones híbridas ADN-ARN durante la transcripción. La forma Z, en cambio, es levógira: las hebras se enrollan en sentido contrario al habitual, formando un perfil en zigzag —de ahí su letra— y aparece en secuencias ricas en pares G-C alternados, asociada con regiones de elevada actividad transcripcional. Un mismo segmento de ADN puede transitar entre las tres formas según la humedad, la concentración salina y las proteínas que estabilicen una geometría u otra.

El modelo de 1953 y los datos cristalográficos del King's College

El 25 de abril de 1953 la revista Nature publicó simultáneamente tres artículos que, juntos, establecían la estructura de doble hélice del ADN. El primero, firmado por James Watson y Francis Crick desde el Cavendish Laboratory de Cambridge, proponía el modelo. Los otros dos venían del King's College de Londres: uno firmado por Maurice Wilkins, Alec Stokes y Herbert Wilson; el otro por Rosalind Franklin y su doctorando Raymond Gosling. La separación entre quien proponía el modelo y quienes aportaban los datos cristalográficos no fue casual.

Durante 1951 y 1952, Franklin y Gosling habían obtenido en el King's College las imágenes de difracción de rayos X que mostraban con claridad el patrón de una hélice. La más conocida —la Fotografía 51, tomada por Gosling bajo supervisión de Franklin en mayo de 1952— ha pasado a la memoria popular como el documento que reveló la estructura del ADN. La historiografía actual matiza esta narrativa. Watson llegó a ver la Fotografía 51 en enero de 1953, cuando Wilkins se la mostró sin que Franklin lo supiera; Crick, en cambio, no la vio hasta su publicación. Lo decisivo, según el análisis de Matthew Cobb y Nathaniel Comfort en Nature en 2023, fue un informe interno del Medical Research Council con los datos cuantitativos del grupo del King's College, al que Watson y Crick accedieron a través de Max Perutz. Esos números, no la fotografía aislada, permitieron construir el modelo correcto. El Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1962 se concedió a Watson, Crick y Wilkins; Franklin había muerto de cáncer de ovario en 1958, a los 37 años, y el premio no se concede a título póstumo.

Diferenciación con otras estructuras helicoidales

Hélice α de las proteínas. Es una estructura secundaria de la cadena polipeptídica descrita por Linus Pauling en 1951. Se trata de una sola cadena enrollada sobre sí misma, estabilizada por puentes de hidrógeno entre el oxígeno carbonilo y el nitrógeno amida del propio esqueleto. No tiene relación química con la doble hélice del ADN, pero su descripción previa influyó decisivamente en la metodología que Watson y Crick aplicaron al ácido nucleico.

Superenrollamiento. No es una conformación distinta sino una propiedad topológica de la doble hélice: cuando el ADN circular o el ADN anclado a proteínas se enrolla sobre sí mismo formando giros adicionales, se habla de superenrollamiento, regulado por las topoisomerasas.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra «hélice»?

Del griego ἕλιξ (hélix), que designa cualquier figura enrollada en espiral en torno a un eje. La voz pasó al latín como helix, conservando el significado, y de ahí al castellano y a las demás lenguas científicas europeas. El calificativo «doble» se añadió en 1953 para distinguir la configuración del ADN —dos cadenas entrelazadas— de las hélices de una sola cadena que ya se conocían, en particular la hélice α de las proteínas descrita dos años antes por Linus Pauling.

¿Por qué las dos hebras son antiparalelas?

Es una exigencia geométrica del propio modelo. Para que las bases complementarias puedan acercarse con los ángulos y distancias adecuados que permiten formar los puentes de hidrógeno entre pares, las dos cadenas deben correr en sentidos opuestos: una en dirección 5'→3' y la otra en dirección 3'→5'. Si fueran paralelas, los pares de bases no encajarían y la estructura colapsaría. Esta antiparalelidad tiene consecuencias prácticas importantes durante la replicación, ya que las polimerasas solo sintetizan ADN en dirección 5'→3', lo que obliga a copiar una de las hebras de forma discontinua.

¿Es lo mismo doble hélice que ADN?

No. El ADN es la molécula; la doble hélice es la forma tridimensional que adopta en condiciones fisiológicas. La distinción importa porque el ADN puede existir, en circunstancias particulares, en otras configuraciones —forma A, forma Z, regiones de hebra sencilla en horquillas de replicación— sin dejar de ser ADN. La doble hélice es, eso sí, la configuración de referencia y la que la inmensa mayoría de las funciones biológicas presupone.

¿Quién descubrió la doble hélice?

El modelo lo propusieron James Watson y Francis Crick en abril de 1953. La estructura se resolvió, en realidad, con los datos cristalográficos obtenidos por Rosalind Franklin y Raymond Gosling en el King's College de Londres y con las reglas previas de Erwin Chargaff sobre la proporción entre bases. El Nobel de 1962 reconoció a Watson, Crick y Wilkins; Franklin había muerto en 1958 y no fue elegible por la regla de no concesión póstuma.

¿Cuántos pares de bases hay en una vuelta de la doble hélice?

En la forma B, la más habitual, aproximadamente diez pares de bases por cada vuelta completa de 360°. El dato no es un número entero porque las mediciones más finas sitúan el valor real en torno a 10,4 o 10,5 pares por vuelta. Esa pequeña diferencia explica por qué las proteínas que rodean el ADN —por ejemplo, las histonas que forman el nucleosoma— necesitan acomodarse a un periodo helicoidal que no es exactamente regular.

Referencias

1. National Human Genome Research Institute (NIH). Doble hélice. Glosario parlante de términos genómicos y genéticos.
2. Watson JD, Crick FHC. Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid. Nature 1953;171:737-738.
3. MedlinePlus Genetics (US National Library of Medicine). ¿Qué es el ADN?
4. Cobb M, Comfort N. What Rosalind Franklin truly contributed to the discovery of DNA's structure. Nature 2023;616:657-660.