Estructura DNA

Qué es la estructura del ADN

En 1953, James Watson y Francis Crick propusieron un modelo de doble hélice para el ADN basándose en los datos de difracción de rayos X obtenidos por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins en el King's College de Londres, junto con las reglas de composición de bases formuladas por Erwin Chargaff. El modelo describe dos cadenas de nucleótidos enrolladas en sentido dextrógiro alrededor de un eje común, con las bases nitrogenadas orientadas hacia el interior y unidas por puentes de hidrógeno: dos entre adenina y timina, tres entre guanina y citosina.

Aquella primera descripción correspondía a lo que hoy se denomina forma B, la conformación dominante en el medio intracelular acuoso. Las investigaciones posteriores revelaron que la fibra de ADN puede adoptar geometrías distintas cuando cambian las condiciones del entorno o la secuencia de bases.

Forma B: la conformación fisiológica

La forma B es una hélice dextrógira con un diámetro de aproximadamente 2,37 nm. Cada vuelta completa (paso de rosca) mide 3,4 nm y contiene 10,4 pares de bases, separados entre sí por 0,34 nm. Las bases se sitúan casi perpendiculares al eje de la hélice. El esqueleto de azúcar-fosfato queda en el exterior, y la asimetría geométrica de los pares de bases genera dos surcos de anchura desigual: el surco mayor, accesible a las proteínas reguladoras que leen la secuencia sin separar las cadenas, y el surco menor, más estrecho.

Forma A y forma Z

Cuando la fibra de ADN se deshidrata (por debajo del 75 % de humedad relativa, aproximadamente), la hélice se compacta y adquiere la conformación A. Es más ancha que la B, con 11 pares de bases por vuelta y un paso de rosca de 2,8 nm. Las bases se inclinan notablemente con relación al eje, lo que produce un surco mayor profundo y estrecho. Esta forma no se considera habitual en la célula para el ADN, pero la adopta el ARN bicatenario y los híbridos ADN-ARN, razón por la que los detalles de la conformación A conservan relevancia biológica.

En 1979, Alexander Rich y colaboradores cristalizaron un oligonucleótido sintético de secuencia alternante citosina-guanina y obtuvieron una estructura inesperada: una hélice que giraba hacia la izquierda (levógira), con un esqueleto en zigzag. La denominaron forma Z. Tiene 12 pares de bases por vuelta, un paso de rosca de 4,56 nm y un diámetro menor que las formas A y B. Su presencia in vivo se ha documentado en regiones del genoma con alta concentración de secuencias CG y en zonas sometidas a superenrollamiento negativo; se le atribuye un papel en la regulación de la transcripción génica, aunque los mecanismos concretos continúan en estudio.

Parámetros comparativos de las tres formas

La forma B contiene 10,4 pares de bases por vuelta, la A posee 11 y la Z alcanza 12. El sentido de giro es dextrógiro en A y B, pero levógiro en Z. El diámetro de la hélice ronda los 2,6 nm en la forma A (la más ancha), 2,37 nm en la B y tan solo 1,8 nm en la Z (la más estilizada). Estas cifras proceden de mediciones cristalográficas y pueden variar ligeramente según la secuencia y las condiciones iónicas del medio.

Las transiciones entre conformaciones no son rarezas de laboratorio. Cambios locales en la concentración de cationes, en el grado de metilación de las citosinas o en la tensión torsional de la cromatina pueden provocar transiciones B-Z en tramos concretos del genoma, lo que sugiere que la flexibilidad conformacional del ADN constituye, por sí misma, un mecanismo de regulación.

Preguntas frecuentes

¿De dónde vienen las letras A, B y Z?

Las designaciones A y B proceden de los primeros estudios de difracción de rayos X realizados por Rosalind Franklin a principios de la década de 1950. Franklin distinguió dos patrones de difracción en fibras de ADN preparadas con distinto grado de humedad y los etiquetó como "estructura A" y "estructura B". La forma Z recibió su nombre del trazado en zigzag que describe su esqueleto de azúcar-fosfato.

¿El ADN de las células está siempre en forma B?

En su mayor parte, sí. La forma B predomina en condiciones fisiológicas. Sin embargo, tramos cortos del genoma pueden adoptar transitoriamente la forma Z, y los híbridos ADN-ARN que se generan durante la transcripción presentan geometría tipo A.

¿Por qué la forma Z gira al revés que las otras?

La alternancia de conformaciones anti y syn en los nucleótidos de purina dentro de secuencias CG repetitivas obliga al esqueleto a adoptar un trazado en zigzag que solo es compatible con un enrollamiento levógiro. No se debe a un cambio en la secuencia de bases, sino a una geometría interna distinta de los propios nucleótidos.

Referencias

1. Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano. ADN (ácido desoxirribonucleico). Glosario de genética.
2. Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. ¿Qué es el ADN? MedlinePlus en español.
3. Real Academia Nacional de Medicina de España. Ácido desoxirribonucleico. Diccionario de términos médicos.
4. MSD Manual (versión para profesionales). Estructura y función del ADN.