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Ácido desoxirribonucleico

ácido desoxirribonucleico - Wikilingue - Encydia

Estructura de un ADN.
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El ácido desoxirribonucleico (ADN, en portugués: ácido desoxirribonucleico; o ADN , en inglés: deoxyribonucleic la cid) es un compuesto orgánico cuyas moléculas contienen las instrucciones genéticas que coordinan el desarrollo y funcionamiento de todos los seres vivos y algunos virus. Su principal papel es almacenar las informaciones necesarias para la construcción de las proteínas y ARNs . Los segmentos de ADN que contienen la información genética son denominados genes. El restante de la secuencia de ADN tiene importancia estructural o está envuelto en la regulación del uso de la información genética.

La estructura de la molécula de ADN fue descubierta conjuntamente por el norteamericano James Watson y por el británico Francis Crick en 7 de Marzo de 1953 , lo que les valió el Premio Nobel de Fisiologia/Medicina en 1962, juntamente con Maurice Wilkins.

Del punto de vista químico, el ADN es un largo polímero de unidades simples (monômeros) de nucleotídeos , cuyo cerne es formado por moléculas de azúcares y fosfato intercalados unidos por conexiones fosfodiéster. Conectada a la molécula de azúcar está una de cuatro bases nitrogenadas. La secuencia de bases al largo de la molécula de ADN constituye la información genética. La lectura de estas secuencias es hecha a través del código genético, que especifica la secuencia lineal de los aminoácidos de las proteínas. La traducción es hecha por un RNA mensajero que copia parte de la cadena de ADN por un proceso llamado transcripción y posteriormente la información contenida en este es "traducida" en proteínas por la traducción . Aunque la mayoría del ARN producido sea usado en la síntesis de proteínas, algún ARN tiene función estructural, como por ejemplo el ARN ribossômico, que forma parte de la constitución de los ribossomos.

Dentro de la célula, el ADN puede ser observado en una estructura llamada cromossoma durante la metáfase . El conjunto de cromossomas de una célula forma el cariótipo. Antes de la división celular los cromossomas son duplicados a través de un proceso llamado replicación. Eucariontes como animales, plantas y fungos tienen su ADN dentro del núcleo mientras que procariontes como las bacterias lo han disperso en el citoplasma. Dentro de los cromossomas, proteínas de la cromatina como las histonas comprimen y organizan el ADN. Estas estructuras compactas guían las interacciones entre el ADN y otras proteínas, ayudando a controlar que partes del ADN son transcritas.

El ADN es responsable por la transmisión de las características hereditárias de cada ser vivo.

Tabla de contenido

Historia

Descubrimiento

La historia del ADN comienza a finales de la década de 1860, con la llegada del médico suizo Friedrich Miescher (1844-1895) a la Universidad de Tübingen, una pacata ciudad en el sur de la Alemania. El joven investigador estaba dispuesto a la dedicarse al estudio de la química de la célula y escogió esa universidad porque en ella el químico Felix Hoppe-Seyler (1825-1895) había inaugurado un importante laboratorio de química fisiológica. En la época florecían ideas acerca de los orígenes y funciones de las células, después de la caída de la teoría de la generación espontânea. La teoría celular se establecía cómo uno de los pilares de la Biología. Por todo eso, las células atraían la atención de estudiantes entusiasmados, como Miescher.

Felix Hoppe-Seyler fue quién primero describió las interacciones entre la hemoglobina, la proteína responsable por el color de la sangre, y el gas oxígeno. Su trabajo lo llevó a interesarse por los glóbulos blancos presentes en la circulación sanguínea. Fue por sugerencia de Hoppe-Seyler que Miescher comenzó a estudiar la química de las células del puse; el material para la investigación era abundante, pues decenas de bandagens con material purulento eran diariamente descartadas por un hospital próximo a la universidad. Miescher desarrolló técnicas adecuadas para el aislamiento de las células presentes en puse de las bandagens y para su análisis químico. El objetivo inicial era investigar las proteínas celulares, un grupo de substancias descubierto cerca de treinta años antes.

En uno de sus muchos experimentos con células del puse, Miescher obtuvo un precipitado que difería químicamente de todas las substancias protéicas conocidas. Él descubrió que la nueva substancia se concentraba en el núcleo celular, en la época considerado una estructura de poca importancia para el funcionamiento celular. Aprimorando los métodos de extracción y purificação de la nueva substancia, Miescher demostró que, además de las células del puse, ella también estaba presente en materiales tan diversos cuanto el rim, el fígado , el testículo, la levedura y las hemácias nucleadas aviares.

El análisis químico mostró que las cantidades relativas de los elementos hidrogênio (H), carbono (C), oxígeno (Lo) y nitrogênio (N) presentes diferían de las encontradas en proteínas. A La substancia descubierta Miescher denominó nucleína, por el hecho de ella estar concentrada en el núcleo de las células.

El trabajo sobre nucleína sólo fue publicado en 1871, después de cierta resistencia del editor de la revista científica, el propio Hoppe-Seyler, que, en el inicio, no creyó en los resultados presentados por Miescher. Aún tras la publicación del trabajo, muchos investigadores continuaron dudando de la existencia de la nucleína; en la opinión de ellos, el hallazgo de Miescher debía ser una mezcla de fosfato inorgânico y proteínas.[1][2]

Elucidação de la composición química

Las desconfianzas en cuanto a la real existencia de la nueva substancia descrita por Miescher sólo fueron superadas alrededor de 1889, cuando Richard Altmann (1852-1900) obtuvo preparaciones altamente purificadas de nucleína, sin ninguna contaminación por proteínas. Por el hecho de la substancia tener carácter ácido, lo que ya había sido detectado por Miescher, Altmann sugirió que ella fuera llamada de ácido nucléico en vez de nucleína.

Otro investigador pionero en el descubrimiento fue Albrecht Kossel (1853-1927). En 1877, él se juntó al grupo de investigación de Hoppe-Seyler, entonces trabajando en la Universidad de Estrasburgo (Francia), y comenzó a estudiar la composición química de las nucleínas. Kossel detectó dos tipos de bases nitrogenadas ya conocidas, la adenina y la guanina . En 1893, identificó una nueva base nitrogenada, que era liberada por la degradación de nucleína de la células del timo; por eso la denominó timina. Luego enseguida, descubrió que la nucleína contenía un cuarto tipo de base nitrogenada, la cual denominó citosina. En 1894, el grupo liderado por Kossel descubrió que los ácidos nucleicos contenían también pentose, un azúcar con cinco átomos de carbono.

En 1909, Phoebis Levine y Walter Jacobs (1883-1967) consiguieron determinar la organización de las moléculas de fosfato, de pentose y base nitrogenada en el ácido nucléico. Esos tres componentes están unidos entre sí formando una unidad fundamental, el nucleotídeo. En 1930, Levine y colaboradores identificaron pentoses componente del ácido nucléico de las células del timo, que denominaron 2-deoxi-D-ribose, por el hecho de ella poseer, en el carbono 2 de su cadena, un átomo de oxígeno a menos que la ribose, una pentose ya conocida, encontrada por los investigadores en dos tipos de ácidos nucléicos: el ácido ribonucléico, o ribose, y el ácido desoxirribonucléico, o ADN, cuyo azúcar es la desoxirribose.

Descubrimiento de la transformación

Frederick Griffith en 1936.

Frederick Griffith hizo una importante observación en el curso de los experimentos con la bacteria Streptococcus pneumoniae en 1928. Esta bacteria, que causa neumonía en humanos, normalmente es letal en camundongos. Sin embargo algunos linajes de esta especie de bacterias eran menos virulentas (menos capaces de causar enfermedades o muerte). En los experimentos de Griffith, él usó dos linajes distinguíveis por sus colonias cuando cultivadas en laboratorio. Un linaje era un tipo normalmente virulento y mortal para la mayoría de los animales de laboratorio. Las células de este linaje están envoltas en una cápsula de polissacarídeo , dando a la colonias en aspecto liso, siendo este linaje identificado con S. El otro linaje de Griffith era un tipo mutante no virulento que crecía en camundongos. En este linaje, la capa de polissacarídeo está ausente, dando a la colonias un aspecto rugoso. Este linaje es llamado R.

Griffith inativou algunas células virulentas el alta temperatura. Inyectó entonces las células muertas por calentamiento en los camundongos. Los camundongos sobrevivieron, mostrando que los restos de las células no causan muerte. Sin embargo los camundongos inyectados con una mezcla de células virulentas muertas por calentamiento y células no virulentas vivas murieron. Además de eso, las células vivas podían ser recuperadas de camundongos muertos. Estas células dieron colonias lisas y fueron virulentas en una injeção subseqüente. De algún modo, los restos de las células S calentadas habían convertido células R vivas en células S vivas.[3]

Streptococcus pneumoniae.

La etapa siguiente era determinar que componente químico de las células donantes muertas había causado esta conversión. Esta substancia había cambiado el genótipo del linaje receptora y por lo tanto podía ser una candidata la material genético. Este problema fue resuelto por los experimentos hechos en 1944 por Oswald Avery y dos compañeros, C M. Macleod y M. McCarty. Su enfoque al problema fue destruir químicamente todas las principales categorías de substancias en el extracto de células muertas, una de cada vez, y descubrir si el extracto había perdido la habilidad de conversión. Las células virulentas poseían una capa lisa de polissacarídeo, mientras las células no virulentas, no. Así los polissacarídeos eran un candidato obvio a ser el agente responsable. Sin embargo, cuando los polissacarídeos fueron destruidos, la mezcla aún era capaz de conversión. Las proteínas, grasas y ácido ribonucleico (RNA) fueron todos excluidos. La mezcla sólo perdía su capacidad de conversión cuando la mezcla donante era tratada con enzima desoxirribonuclease (DNase), que quiebra el ADN. Estos resultados indicaban fuertemente que el ADN era el material genético. Hoy sabemos que los fragmentos del ADN transformante que confieren virulência entran en el cromossomo bacteriano y sustituyen sus contrapartes que confieren no-virulência.[4]

Experimento de Hershey-Chase

Archivo:Alfred D. Hershey 1969.jpg
Alfred D. Hershey en 1969.

Los experimentos hechos por Avery y sus compañeros fueron definitivos, pero muchos científicos se mostraron muy relutantes en aceptar el ADN (y no las proteínas) como material genético. Evidencias adicionales fueron publicadas en 1952 por Alfred Day Hershey y Martha Chase, cuyo experimento con el fago T2, un virus que transfecta en la bacteria la información específica para la reproducción viral. Si ellos pudieran descubrir que material el fago transmitía a la bacteria azafata, determinarían el material genético del fago.

El fago tiene una constitución molecular relativamente simple. La mayor parte de su estructura es de proteína, con el ADN contenido dentro de la capa de proteína de su "cabeza". Hershey y Chase decidieron marcar el ADN y la proteína usando radioisótopos, de modo que pudieran rastrear los dos materiales durante la infección. El fósforo no es encontrado en las proteínas pero es una parte integrante del ADN. Contrariamente, el enxofre está presente en las proteínas pero nunca en el ADN. Hershey y Chase incorporaron el radioisótopo de fósforo (32P) en el ADN del fago y el enxofre (35S) en las proteínas de una cultura separada de fagos. Ellos entonces infectaron dos culturas de Y. coli con muchas partículas de virus por células: una cultura de Y. coli recibió fagos marcados con 32P y la otra recibió fagos marcados con 35S. Transcurrido tiempo suficiente para que ocurriera la infección, los científicos removieron las embalagens de fago (llamadas ghosts) de las células bacterianas por agitação en un liquidificador. Ellos separaron las células bacterianas de los envoltórios de los fagos en una centrífuga y entonces midieron la radioatividade en las dos fracciones. Cuando el fago marcado con 32P fue usado para infectar Y. coli, de más alta radioatividade fue encontrada dentro de las bacterias, indicando que el ADN del fago había entrado en las células. Cuando era usado el fago marcado con 35S, mayor parte del material radioativo estaba en los envolventes de los fagos, indicando que la proteína del fago nunca entraba en las bacterias. La conclusión era inevitable: el ADN era el material hereditário. Las proteínas del fago eran sólo embalagens estructurales abandonadas después del ADN viral entrar en la bacteria.

Propiedades físicas y químicas

Archivo:ADN chemical structure pt.svg
Estructura química del ADN.

El ADN es un largo polímero formado por unidades repetidas llamadas nucleotídeos.[5][6] La cadena de ADN tiene 2,2 a 2,4 nanómetros de anchura, y un nucleotídeo posee aproximadamente 0,33 nanómetros de largura.[7] Aunque los monômeros (nucleotídeos) que constituyen el ADN sean muy pequeños, los polímeros de ADN pueden ser moléculas enormes, con millones de nucleotídeos. Por ejemplo, el mayor cromossomo humano (cromossomo 1), posee 220 millones de pares de bases de largura.[8] Una molécula de ADN del ser humano posee aproximadamente dos metros de largura, encapsulada en un núcleo celular de 6 µm, el equivalente a acomodar una línea de 40 km de largura en un balón de tenis.[5]

En organismos vivos, el ADN no existe como una molécula única (cadena simple), pero sí como un par de moléculas firmemente asociadas.[9][10] Las dos largas cadenas de ADN enrolam-si como una trepadeira formando una doble hélice. Los nucleotídeos están presentes en ambas cadenas de la doble hélice, unidos con nucleótidos de la misma cadena por conexiones fosfodiéster y a la cadena complementaria a través de puentes de hidrogénio formadas por sus bases. En general, una base conectada a un azúcar es llamada nucleosídeo y una base conectada a un azúcar y uno o más fosfatos es llamada nucleotídeo. Por lo tanto, el ADN puede ser referido como un polinucleotídeo. [11]

El cerne (backbone) de la cadena de ADN es formado por fosfato y resíduos de azúcar , dispuestos alternadamente. El azúcar en el ADN es 2-desoxirribose, una pentose (azúcar con cinco carbonos). Los azúcares son unidos por grupos fosfato que forman conexiones fosfodiester entre el tercero y quinto átomos de carbono de los anillos de azúcar adyacentes. Estas conexiones assimétricas significan que una cadena de ADN tiene una dirección. En una doble hélice, la dirección de los nucleotídeos de una cadena es opuesta a la dirección de los nucleotídeos de la otra cadena. El formato de las cadena del ADN es designado antiparalelo. Las terminaciones assimétricas de las cadenas de ADN son designadas terminales 5’ (cinco línea) y 3’ (tres línea). Una de las diferencias principales entre el ADN y el ARN se encuentra en el azúcar, con la sustitución de la 2-desoxirribose en el ADN por la ribose en el ARN.

Una cadena de ADN.

La doble hélice del ADN es estabilizada por puentes de hidrogênio entre las bases presas a la dos cadenas. Las cuatro bases encontradas en el ADN son la adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Estas cuatro bases están representadas en la figura al lado y se conectan al azúcar/fosfato para formar el nucleotídeo completo, que en la figura es mostrado como adenosina monofosfato.

Estas bases son clasificadas en dos tipos; la adenina y guanina son compuestos heterocíclicos llamados purinas, mientras que la citosina y timina son pirimidinas. Una quinta base (una pirimidina) llamada uracila (U) aparece en el ARN y sustituye la timina, la uracila difiere de la timina por la falta de un grupo de metila en su anillo. La uracila normalmente no está presente en el ADN, sólo ocurriendo como un producto de la decomposição de la citosina. Una raríssima excepción para esta regla es un virus bacteriano llamado PBS1 que contiene uracila en su ADN. En contraste, después de la síntesis de ciertas moléculas de ARN, un número significante de uracilas son convertidas la timinas por la adición enzimática del grupo de metila. Esto acontece principalmente en RNAs estructurales y enzimáticos como el ARN mensajero y el ARN ribossomal.

La doble hélice es una espiral dextra. Como las cadenas de ADN giran una alrededor de la otra, ellas dejan espacios entre cada cerne de fosfato, revelando las casas de campo de las bases que están localizadas en la parte interna (espacios con 22 y 12 Å). Proteínas como factores de transcripción pueden conectarse la secuencias específicas del ADN de doble cadena, normalmente estableciendo contacto con las casas de campo de las bases expuestos en el espacio mayor.

Archivo:GC ADN base pair pt.svg
Archivo:AT ADN base pair pt.svg
En el tope, pareamento GC con tres puentes de hidrogênio. En bajo, AT con dos puentes de hidrogênio.

Emparelhamento de bases

Cada tipo de base en una cadena forma una conexión con sólo un tipo de base en la otra cadena. Este comportamiento es designado de complementariedade de bases. Así, las purinas forman puentes de hidrogênio con pirimidinas, i.y. A se conecta con T y C con G. Este arreglo de dos nucleotídeos complementarios en la doble hélice es llamado par de bases. Además de los puentes de hidrogênio entre las bases, las dos cadenas son mantenidas juntas debido a fuerzas generadas por interacciones hidrofóbicas entre las bases apiladas, la cual no es influenciada por la secuencia del ADN.[12] Como los puentes de hidrogênio no son conexiones covalentes, pueden ser quebradas y reunidas con relativa facilidad. De esta forma, las dos cintas de la doble hélice de ADN pueden ser separadas como un "zíper" (cierro) por fuerza mecánica o altas temperaturas.[13] Como resultado de esta complementariedade, toda la información contenida en una de las cadenas de ADN está también contenida en la otra, lo que es fundamental para la replicación del ADN.[5]

Los dos tipos de pares de base forman diferentes números de puentes de hidrogênio: AT forma dos puentes de hidrogênio mientras que GC forman tres puentes de hidrogênio. De esta forma la interacción entre GC es más fuerte que AT. Como resultado, el porcentaje de GC en una doble cinta de ADN determina la fuerza de interacción entre las dos cadenas.[14] Una parte de la doble cadena de ADN que necesita de ser separada fácilmente, tal como la TATAAT Caja de Pribnow en los fiscales bacterianos, tiende a tener secuencias con mayor predomínio de AT, para facilitar la apertura de la doble cadena aquando de la transcripción. En el laboratorio, la fuerza de esta interacción puede ser medida encontrando la temperatura necesaria para quebrar los puentes de hidrogénio, la temperatura de desnaturação (también llamado Tm). Cuando todos los pares de base en una doble hélice de ADN quiebran sus conexiones, las dos cadenas se separan y existen en solución como dos moléculas completamente independientes. Estas moléculas de ADN de cadena simple no tienen una única forma común, pero algunas conformações son más estables del que otras.[15]

Fenda mayor y más pequeño

El ADN normalmente se encuentra en forma de una espiral. Por lo tanto, las cadenas de ADN giran una sobre la otra y acaban por formar fendas entre los cernes de fosfato, dejando expuestas las faces de las bases nitrogenadas que no están unidas por puentes de hidrogênio con la base complementaria.

Hay dos tipos de fendas en la superficie de la doble hélice: una con 22 Å denominada fenda mayor y una con 12 Å designada de fenda más pequeña.[16]

La principal función de las “fendas” del ADN es suministrar la información acerca de las bases que se encuentran conectadas en una determinada región de la doble cadena sin necesidad de apertura. La fenda mayor ofrece mayor accesibilidad para conexión con proteínas del que la fenda más pequeña. Un ejemplo de esto es la TBP (TATA-binding protein) una importante proteína para la transcripción en eucariotas.[17]

Senso y anti-senso

Una secuencia de ADN es llamada de senso se posee la misma secuencia del RNAm. La cadena opuesta (complemente) a la cadena "senso" es denominada secuencia anti-senso. Como la RNA polimerase sintetiza un RNA que es complementario a la cinta molde, entonces podemos decir que ella utiliza la cadena anti-senso como molde para producir un RNA. Las secuencias senso y anti-senso pueden existir en diferentes partes de la misma cadena de ADN, que puede ser de un lado o del otro, dependiendo de donde se encuentra la secuencia codificadora.

A veces no es posible decir cuál es la cadena senso o anti-senso. Esto acontece debido a la existencia de genes que se solapan. En este caso ambas cadenas dan origen a un RNA.[18] En las bacterias, el solapamiento puede estar envuelta de la regulación de la transcripción.[19]

En los virus, el solapamiento aumenta la capacidad del almacenamiento de informaciones en pequeños genomas volcáis.[20]

Supercoiling (super-helicoidização)

De la derecha para la izquierda, la estructura del ADN A, B y Z.

El ADN puede ser torcido en un proceso denominado super-helicoidização. En el estado relajado del ADN, una cinta normalmente da una vuelta completa al eje de la doble hélice cada 10,4 pares de base, pero si el ADN está torcido, las cadenas quedan más o menos bobinadas.[21]

Si el ADN está torcido en la dirección de la hélice, es denominado un supercoiling positivo y las bases están unidas más firmemente. Ya el supercoiling negativo se refiere a un torsor en la dirección opuesta, resultando en un afrouxamento de las bases. En la naturaleza, el ADN presenta un ligero supercoiling negativo que es causado por la acción de la enzima topoisomerase.[22]

Estas enzimas también son necesarias para aliviar el estresse de torsor causado en el ADN durante los procesos de transcripción y replicación .[23]

Estructura alternativa de la doble hélice

El ADN puede existir en muchas formaciones diferentes. Las formaciones más comunes son: ADN-A ,ADN-B, ADN-C, ADN-D,[24] ADN-Y,[25] ADN-H,[26] ADN-L,[24]ADN-P,[27] y ADN-Z.[28]

Sin embargo, sólo las formaciones de ADN A, B y Z fueron encontradas en sistemas biológicos naturales. La formación que el ADN adopta depende de varios factores de la propia secuencia de ADN: la intensidad y dirección del supercoiling, modificaciones químicas de las bases y la solución en la cual el ADN está presente (p.ej.: concentración de metales , iões y poliaminas ).[29]

De las tres formaciones referidas, la forma “B” es de más común en las condiciones encontradas en las células.[30]

La forma “A” corresponde a la espiral dextra más ancha, con una fenda más pequeña ancha y superficial y una fenda mayor estrecha y profunda. La forma “A” ocurre bajo condiciones no fisiológicas en muestras de ADN desidratadas, mientras en la célula puede ser producida por pareamento híbrido de ADN y RNA o por el complejo enzima-ADN.[31][32]

En segmentos de ADN donde las bases fueron químicamente modificadas por metilação, el ADN puede sufrir una gran modificación en su formación y adoptar la forma ADN-Z. La cadena gira sobre el eje de la doble hélice para la izquierda, el opuesto de la forma más común – ADN-B.[33]

Esta estructura es rara y puede ser reconocida por proteínas especificas de conexión con el ADN-Z. Puede estar envuelta en la regulación de la transcripción.[34]

Estructuras en quadruplex

Estructura de un quadruplex de ADN formado por repeticiones teloméricas. La conformação del esqueleto de ADN es diferente de la típica estructura helicoidal.[35]

En las extremidades del cromossomas lineales están zonas especializadas del ADN llamadas telómeros. La función principal de estas regiones es permitir que la célula replique las extremidades del cromossoma usando la enzima telomerase, porque enzimas que permiten replicar ADN normalmente no consiguen copiar las extremidades 3' de los cromossomas.[36] Estas tapas de cromossoma especializadas también ayudan a proteger las extremidades del ADN, y evitan que el sistema de reparación de ADN elimine estas regiones como errores que necesitaran de ser corregidos.[37] En células humanas, los telómeros tienen normalmente varios miles de repeticiones de una secuencia simple (TTAGGG).[38]

Estas secuencias ricas en guanina pueden estabilizar las extremidades de los cromossomas formando estructuras de unidades de cuatro bases apiladas, en vez de los pares de base usuales encontrados en otras moléculas de ADN. Cuatro bases de guanina forman una placa pesada y después estas unidades pesadas de cuatro bases se apilan en el tope unas de las otras, para formar estructuras G-quadruplex estables.[39] Estas estructuras son estabilizadas por puentes de hidrogénio entre los márgenes de las bases y por quelação de un ião metálico en el centro de cada unidad de cuatro bases.[40] Otras estructuras pueden también ser formadas, con el conjunto céntrico de cuatro bases provenientes de una cadena simple bobinada a la vuelta de las bases o de diversas cadenas paralelas, cada una contribuyendo con una base para la estructura céntrica.

Además de estas estructuras apiladas, los telómeros también forman grandes estructuras en forma de lazo llamados telomere loops o T-loops . A ADN de cadena simple enrola-si a la vuelta de un círculo grande estabilizado por proteínas que se conectan la telómeros.[41] Aún en el fin de los T-loops, el ADN de cadena simple del telómero es mantenido sobre una región de ADN de cadena doble por la cadena del telómero que desestabiliza el ADN de doble hélice y el emparelhamento de bases de una de las dos cadenas. Esta estructura de cadena tripla es llamada de lazo de desplazamiento o D-loop .[39]

Modificaciones químicas

citosina 5-metilcitosina timina
Estructura de la citosina con y sin el grupo 5-metil. Tras deaminação, a 5-metilcitosina tiene la misma estructura de la timina

Modificaciones de bases

La expresión de genes es influenciado por la manera que el ADN está dispuesto en los cromossomas, en una estructura llamada cromatina. Las modificaciones de bases pueden estar envueltas en la disposición, con las regiones quienes tiene expresión génica baja o inexistente conteniendo usualmente niveles elevados de metilação de citosina . Por ejemplo, la metilação de citosina produce 5-metilcitosina, que es importante en la inactivação del cromossoma X.[42] El nivel medio de metilação varía entre organismos - el gusano Caenorhabditis elegans ha poca metilação de la citosina, mientras que vertebrados tienen niveles más elevados, con hasta 1% de su ADN conteniendo 5-metilcitosina[43] A pesar de la importancia de la 5-metilcitosina, esta puede desaminar transformándose en timina. Citosinas metiladas son por eso especialmente susceptibles de sufrir mutações.[44] Otras modificaciones de bases incluyen metilação de adeninas en bacterias y glicosilação del uracilo para producir la "base-J" en organismos de la clase Kinetoplastida.[45][46]

Daños al ADN

Benzopireno, el mayor mutagénio en el tabaco del tabaco, conectándose al ADN[47]

El ADN puede ser dañado por muchos tipos diferentes de mutagénios, que alteran la secuencia de ADN. Estos incluyen agentes oxidantes, agentes alquilantes y también por radiação electromagnética de gran energía tal como luz ultravioleta y rayos-X . El tipo de daño al ADN producido depende del tipo de mutagénio. La luz ultravioleta, por ejemplo, puede dañar el ADN produciendo dímeros de timina, que son conexiones cruzadas entre pirimidinas.[48] Por otro lado, oxidantes como radicales libres o peróxido de hidrogénio producen múltiples tipos de daños, incluyendo modificaciones de bases, en particular guanosina, y quiebras de las cadenas dobles.[49] En cada célula humana, cerca de 500 bases pueden sufrir daños por oxidação por día.[50][51] Las quiebras de la cadena doble son lesiones oxidativas de difícil reparação, que pueden producir mutações pontuais, inserciones y delecções , así como translocações cromossómicas.[52]

Muchos mutagénios encajan entre el espacio entre dos pares de bases adyacentes, en la llamada intercalação. La mayoría de los intercaladores son aromáticos y moléculas planas e incluyen brometo de etídio, daunomicina, doxorrubicina y talidomida . Para que un intercalador encaje entre pares de bases, las bases tienen que separarse, abriendo la cadena doble. Esto inibe la transcripción y la replicación del ADN, causando toxicidade y mutações. Como resultado, los intercaladores de ADN son muchas veces carcinogénicos. Benzopireno, acridinas, aflatoxina y brometo de etídio son ejemplos bien conocidos.[53][54][55] Sin embargo, debido a su capacidad de inibir la transcripción y replicación, estas toxinas también son usadas en quimioterapia para inibir el crecimiento rápido de células tumorais.[56]

Funciones biológicas

El ADN ocurre normalmente como cromossomas lineales en eucariotas y como cromossomas circules en procariotas. El conjunto de los cromossomas en una célula perfazem su genoma; el genoma humano tiene aproximadamente 3 mil millones de pares de base dispuestos en 46 cromossomas.[57] La información transportada por el ADN está contenida en las secuencias de ADN llamados genes. La transmisión de la información de los genes es conseguida por la complementaridade del emparelhamento de las bases. Por ejemplo, en la transcripción, cuando una célula usa la información en un gen, la secuencia de ADN es copiar# a una secuencia de RNA complemente a través de la atracção entre el ADN y los nucleotídeos de RNA correctos. Esta copia de RNA puede ser después usada para componer una secuencia proteica correspondiente en el proceso de traducción , que depende de la misma interacción entre nucleotídeos de RNA. Alternativamente, una célula puede simplemente copiar su información genética en un proceso llamado replicación del ADN.

Genes y genomas

Ver artículos principales: Núcleo celular, Cromatina, Cromossoma, Gen, ADN no-codificante.

El ADN genómico está localizado en el núcleo celular de los eucariontes, así como en pequeñas cantidades en mitocôndrias y en cloroplastos. En procariontes, el ADN está dentro de un cuerpo de forma irregular en el citoplasma llamado nucleóide.[58] La información genética en un genoma está en los genes, y el conjunto completo de esta información en un organismo es llamado su genótipo. Un gen es la unidad básica de la hereditariedade y es una región del ADN que influéncia una característica particular en un organismo. Genes contienen una open reading frame que puede ser transcrita, así como secuencias reguladoras tales como fiscales o enhancers , que controlan la transcripción de la open reading frame.

En muchas especies, sólo una pequeña fracción de la secuencia total del genoma codifica una proteína. Por ejemplo, sólo 1,5% del genoma humano consiste de exões (que codificam proteínas), con más del 50% del ADN humano consistiendo de secuencias repetitivas.[59] Las razones para la presencia de tanto ADN no-codificante en genomas eucarióticos y las extraordinarias diferencias en el tamaño del genoma, o valor C, entre especies representan un enigma conocido por "C-value enigma" (paradoja del valor C).[60] Pero, secuencias de ADN que no codificam proteínas pueden aún codificar moléculas de RNA no-codificante funcional, que están envueltas en la regulación de la expresión génica.[61]

T7 RNA polimerase (azul) produciendo un mRNA (verde) a partir de un molde de ADN (naranja).[62]

Algunas secuencias de ADN no-codificante tienen un papel estructural en los cromossomas. Los telómeros y centrómeros contienen típicamente pocos genes, pero son importantes para la función y estabilidad de los cromossomas.[37][63] Una forma abundante de ADN no codificante en humanos son los pseudogenes, que son copias de genes que fueron deshabilitados por mutação.[64] Estas secuencias son usualmente sólo fósiles moleculares, a pesar de poder servir ocasionalmente como material genético en bruto para la creación de nuevos genes a través del proceso de duplicação de genes y divergencia .[65]

Transcripción y traducción

Un gen es una secuencia de ADN que contienen información genética y puede influenciar el fenótipo de un organismo. Dentro de un gen, la secuencia de bases al largo de una cadena de ADN definen una cadena de RNA mensajero, que por su parte define una o más secuencias proteicas. La relación entre la secuencia de nucleótidos de un gen y la secuencia de aminoácidos de una proteína es determinada por las reglas de traducción , conocidas colectivamente como el código genético. El código genético consiste de 'palabras' de tres letras llamadas codões formadas por una secuencia de tres nucleótidos (p.y. ACU, CAG, UUU).

En la transcripción, los codões de un gen son copiar# a un RNA mensajero por la RNA polimerase. Esta copia de RNA es después descodificada por un ribossoma que lee la secuencia de RNA emparelhando el RNA mensajero con el RNA de transferencia, que carga aminoácidos. Una vez que hay cuatro bases en combinaciones de 3 letras, hay 64 codões posibles (Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): 4^3

combinaciones). Estas codificam los veinte aminoácidos, dando a la mayoría de los aminoácidos más del que un codão posible. Hay también tres codões 'stop' o 'nonsense' significando el fin de la región codificante; estos son los codões UAA, UGA y UAG.
Archivo:ADN replication pt.svg
Replicación de ADN. La doble hélice es desplegada por una helicase y por una topoisomerase. Enseguida, una ADN polimerase produce una copia de la cadena líder. Otra ADN polimerase se conecta a la cadena atrasada. Esta enzima produce segmentos descontínuos (llamados fragmentos de Okazaki) antes que a ADN ligase juntarlos.

Replicación

La división celular es esencial para que un organismo crezca, pero cuando una célula se divide tiene que replicar el ADN de su genoma para que las dos células-hija hayan la misma información genética que la célula parental. La estructura en doble-hélice del ADN suministra un mecanismo simple para su replicación. Las dos cadenas son separadas y secuencias de ADN complementes cada una de las cadenas son volver# a crear por una enzima llamada ADN polimerase. Esta enzima construye la cadena complementaria encontrando la base correcta a través de emparelhamento con la base complementaria, y conectándola a la cadena original. Como las polimerases de ADN sólo consiguen hacer la extensión de una cadena de ADN en la dirección 5' para 3', otros mecanismos son usados para copiar la cadena antiparalela de la doble hélice.[66] De esta forma, la base presente en la cadena antigua determina que base va a aparecer en la nueva cadena y la célula acaba con una copia perfecta de su ADN.

Interacciones con proteínas

Todas las funciones del ADN dependen de interacciones con proteínas. Estas interacciones con proteínas pueden ser no-específicas, o la proteína puede conectarse específicamente a una única secuencia de ADN. Algunas enzimas también se pueden conectar al ADN. De estas, las polimerases que copian las secuencias de ADN en la transcripción y replicación son particularmente importantes.

Proteínas que se conectan al ADN (ADN-binding)

Interacción del ADN con histonas (mostrado en blanco, encima). Los aminoácidos básicos de estas proteínas (en bajo a la izquierda, en azul) se conecta a los grupos fosfato del ADN (en bajo a la derecha, en rojo).

Proteínas estructurales que se conectan al ADN son ejemplos bien estudiados de interacciones no-específicas ADN-proteínas. En los cromossomas, el ADN está conectado la proteínas estructurales formando complejos. Estas proteínas organizan el ADN en una estructura compacta, la cromatina . En eucariontes esta estructura envuelve la conexión del ADN a un complejo de pequeñas proteínas básicas llamadas histonas, mientras que en procariontes están envueltas varios tipos de proteínas.[67][68] Las histonas forman un complejo en forma de disco, el nucleossoma, que contiene dos vueltas completas de ADN de cadena doble a su vuelta. Estas interacciones no-específicas se forman cuando los resíduos básicos de las histonas hacen conexiones iónicas al esqueleto azúcar-fosfato acídico del ADN, y por eso son anchamente independientes de la secuencia de bases.[69] Modificaciones químicas en estos resíduos de amino-ácidos incluyen metilação, fosforilação y acetilação .[70] Estos cambios químicos alteran la fuerza de la interacción entre el ADN y las histonas, haciendo el ADN más o menos accesible a factores de transcripción y cambiando la tasa de transcripción.[71] Otras proteínas con conexión a ADN no-específicas incluyen el grupo de proteínas de alta movilidad, que se conectan a ADN doblar o distorcido.[72] Estas proteínas son importantes pues doblan conjuntos de nucleossomas y los organizan en estructuras mayores que constituyen los cromossomas.[73]

Un grupo distinguido de estas proteínas son las que se conectan específicamente a ADN de cadena simple. En los humanos, la proteína de replicación A es el miembro de esta familia mejor comprendido y es usado en procesos donde la doble hélice es separada, incluyendo durante la replicación del ADN, recombinação y reparación.[74] Estas proteínas parecen estabilizar ADN de cadena doble y lo protegen de la formación de hairpin loops y de la degradación por nucleases.

El factor de transcripción del hélice-vuelve-hélice lambda repressor conectado a su blanco de ADN.[75]

En contraste, otras proteínas evolucionaron de modo a conectarse la secuencias de ADN específicas. Los factores de transcripción son de los más intensivamente estudiados (proteínas que regulan la transcripción). Cada factor de transcripción se conecta a un conjunto particular de secuencias de ADN y activa o inibe la transcripción de genes que tengan estas secuencias cerca de sus fiscales. Los factores de transcripción hacen esto de dos maneras. Primero, pueden conectarse a la polimerase del RNA responsable por la transcripción, quiere directamente quiere a través de proteínas mediadoras; esto posiciona la polimerase en el fiscal y permite que comience la transcripción.[76] En alternativa, los factores de transcripción pueden conectarse la enzimas que modifican las histonas en el fiscal; esto cambia la accesibilidad del molde de ADN a la polimerase.[77]

Como estos locales de conexión pueden ocurrir por el genoma entero de un organismo, cambios en la actividad de un tipo de factor de transcripción puede afectar miles de genes.[78] Por consecuencia, estas proteínas son muchas veces blanco de procesos de transdução de señal que controlan respuestas la cambios ambientales o diferenciação y desarrollo celular. La especificidade de la interacción de estos factores de transcripción con el ADN provém de las proteínas que hacen contactos múltiples con la extremidad de las bases de ADN, permitiendo la "lectura" de la secuencia de ADN, La mayor parte de estas interacciones con bases se hace en la fenda mayor, donde las bases están más accesibles.[79]

La enzima de restricción EcoRV (verde) en un complejo con su ADN substrato ADN.[80]

Enzimas que modifican el ADN

Nucleases y ligases

Las nucleases son enzimas que cortan las cadenas de ADN mediante la catálise de la hidrólise de las conexiones fosfodiéster. Las nucleases que hidrolisam nucleótidos a partir de los extremos de las cadenas de ADN se denominan exonucleases, mientras que las endonucleases cortan en el interior de las cadenas. Las nucleases que se utilizan con mayor frecuencia en biología molecular son las enzimas de restricción, endonucleases que cortan el ADN en secuencias específicas. Por ejemplo, la enzima EcoRV, mostrada a la izquierda, reconoce la secuencia de 6 bases 5′-GAT|ATC-3′ y hace un corte en ambas cadenas en la línea vertical indicada, generando dos moléculas de ADN. Otras enzimas de restricción generan, sin embargo, extremidades coesivas, ya que cortan de forma diferente las dos cadenas de ADN. En la naturaleza, estas enzimas protegen las bacterias contra las infecciones de fagos , al digerir el ADN del fago cuando entra a través de la pared bacteriana, actuando como un mecanismo de defensa.[81] En biotecnologia, estas nucleases específicas se utilizan en la clonación molecular y en la técnica de impresión de ADN (ADN fingerprinting, en inglés).

Las enzimas denominadas ADN ligases pueden reunir pedazos de ADN cortados o quebrados.[82] Las ligases son particularmente importantes en la replicación del ADN de la cadena atrasada de ADN, ya que unen los fragmentos cortos de ADN generados en el garfo de replicación para formar una copia completa del molde de ADN. También se utilizan en la reparación de ADN y en la recombinação genética.[82]

Topoisomerases y helicases

Las topoisomerases son enzimas que poseen actividad de nuclease y ligase. Estas proteínas cambian la cantidad de ADN superenrolado. Algunas de estas enzimas funcionan cortando la hélice de ADN y permitiendo a una sección que haga rotación, de manera a reducir el grado de superenrolamento; una vez hecho esto, la enzima vuelve a unir los fragmentos de ADN.[22]Otros tipos de enzimas son capaces de cortar una hélice de ADN y después pasar la segunda cadena de ADN a través de esta quiebra, antes de reunir las hélices.[83] Las topoisomerases son necesarias para muchos procesos en que interviene el ADN, como la replicación y la transcripción .[23]

Las helicases son proteínas que pertenecen al grupo de los motores moleculares. Utilizan energía química almacenada en los trifosfatos de nucleósidos, fundamentalmente ATP, para romper puentes de hidrógeno entre bases y separar la doble hélice de ADN en cadenas simples.[84] Estas enzimas son esenciales para la mayoría de los procesos en que las enzimas necesitan de acceder a la bases del ADN.

Polimerases

Las polimerases son enzimas que sintetizan cadenas de nucleótidos a partir de trifosfatos de nucleósidos. La secuencia de sus productos son copias de cadenas de polinucleótidos existentes, que se denominan moldes. Estas enzimas funcionan añadiendo nucleótidos al grupo hidróxilo en 3' del nucleótido anterior en una cadena de ADN. Por consecuencia, todas las polimerases funcionan en la dirección 5′ → 3′.[85] En las casas de campo activas de estas enzimas, el trifosfato de nucleósido que se incorpora emparelha su base con la correspondiente en el molde: esto permite que la polimerase sintetice de forma necesita la cadena complementaria al molde.

Las polimerases se clasifican en consonancia con el tipo de molde que utilizan:

Recombinação genética

Estructura de un intermediario en junção de Holliday en la recombinação genética. La cuatro cadenas de ADN separadas están coloreadas en rojo, azul, verde y amarillo.[90]
Error al crear miniatura:
La recombinação implica la rotura y reunión de dos (M y F) para producir dos cromossomas nuevos, reorganizados (C1 y C2).

Una hélice de ADN normalmente no interage con otros segmentos de ADN. En las células humanas los diferentes cromossomas ocupan áreas separadas en el núcleo celular denominadas “territorios cromossómicos”.[91] La criba física de los diferentes cromossomas es importante para que el ADN mantenga su capacidad de funcionar como un armazém estable de información. Uno de los pocos momentos en que los cromossomas interagem es durante el sobrecruzamento cromossómico (chromosomal crossover, en inglés), durante el cual se recombinam. El sobrecruzamento cromossómico ocurre cuando dos hélices de ADN se rompen, sufren intercambio y se unen nuevamente.

La recombinação permite a los cromossomas intercambiar información genética y producir nuevas combinaciones de genes, lo que aumenta la eficiencia de la selección natural y puede ser importante en la evolución rápida de nuevas proteínas.[92] Durante la profase I de la meiose, una vez que los cromossomas homólogos están perfectamente emparelhados formando estructuras que se denominan bivalentes, se produce el fenómeno de sobrecruzamento o entrecruzamento (crossing-over), en el cual los cromatídeos homólogos no hermanos (procedentes del padre y de la madre) intercambian material genético. La recombinação genética resultante hace aumentar en gran medida la variación genética entre la descendência de progenitores que se reproducen por vía sexual. La recombinação genética también puede estar implicada en la reparação del ADN, en particular en la respuesta celular a la roturas de la doble cadena (double-strand breaks).[93]

La forma más frecuente de sobrecruzamento cromossómico es la recombinação homóloga, en la cual los dos cromossomas implicados comparten secuencias muy similares. La recombinação no-homóloga puede ser dañina para las células, ya que puede producir translocações cromossómicas y anormalidades genéticas. La reacción de recombinação es catalisada por enzimas conocidas como recombinases, tales como la RAD51.[94] El primer paso en el proceso de recombinação es una rotura de la doble cadena, causada por una endonuclease o por daño en el ADN.[95] Posteriormente, una serie de pasos catalisados en parte por la recombinase conduce a la unión de las dos hélices formando por lo menos una junção de Holliday, en la cual un segmento de una cadena simple es anelada con la cadena complementaria en la otra hélice. La junção de Holliday es una estructura de unión tetraédrica que puede moverse al largo del par de cromossomas, intercambiando una cadena por otra. La reacción de recombinação se detiene por el corte de la unión y la reunión de los segmentos de ADN liberados.[96]

Evolución del metabolismo de ADN

El ADN contiene la información genética que permite a la mayoría de los organismos vivos funcionar, crecer y reproducirse. Sin embargo, se desconoce el intervalo de tiempo durante el cual él ejerció esta función nos 3000 millones de años desde la historia de la vida, ya que se propuso que las formas de vida más precoces podrían haber utilizado ARN como material genético.[85][97] El ARN podría haber funcionado como parte céntrica de un metabolismo primordial, ya que puede transmitir información genética y simultáneamente actuar como catalisador, formando parte de las ribozimas.[98] Este antiguo mundo de ARN donde los ácidos nucleicos funcionarían como catalisadores y como armazéns de información genética, podría haber influenciado en la evolución del código genético actual, basado en cuatro nucleótidos. Esto se debería a que el número de bases únicas en un organismo es determinado entre un número pequeño de bases (lo que aumentaría la precisión de la replicación) y un número grande de bases (que por su parte aumentaría la eficiencia catalítica de las ribozimas).[99]

Infelizmente, no disponemos de evidencia directa de los sistemas genéticos ancestrais, porque la recuperación del ADN a partir de la mayor parte de los fósiles es imposible. El ADN es capaz de sobrevivir enmedio ambiente durante menos de un millón de años, e inmediatamente comienza a degradarse lentamente en fragmentos de más pequeño tamaño en solución.[100] Algunas investigaciones pretenden la obtención de ADN más antiguo, como en el caso del aislamiento de una bacteria viable a partir de un cristal salino de 250 millones de años de antiguidade,[101] pero estos datos son controversos.[102][103]

Sin embargo, pueden utilizarse herramientas de evolución molecular para inferir los genomas de organismos ancestrais a partir de organismos contemporáneos.[104][105] En muchos casos, estas inferencias son suficientemente fiables, de modo que una biomolécula codificada en un genoma ancestral puede ser resucitada en el laboratorio para ser estudiada hoy.[106][107] Una vez recomposta a biomolécula ancestral, sus propiedades podrían ofrecer informaciones sobre los ambientes primordial, remitiendo al campo emergente de la paleogenética experimental.[108] A pesar de todo, el proceso de trabajo retrospectivo tiene limitaciones inerentes, razón por la cual otros investigadores intentan elucidar el mecanismo evolutivo trabajando desde el origen de la Tierra hasta adelante el tiempo. Dada suficiente información sobre como las substancias cósmicas podrían haberse depositado en la Tierra y sobre las transformaciones que podrían haber tenido lugar en la superficie terrestre, tal vez podríamos ser capaces de desarrollar plantillas prospectivos de evolución de la información genética.

Aplicaciones

Ingeniería genética

Ver artículos principales: Ingeniería genética, biología molecular.

La investigación sobre el ADN tiene un impacto significativo, especialmente en el ámbito de la medicina, pero también en la agricultura y pecuária, con objetivos de domesticação, selección y de cruzamentos dirigidos. La moderna biología y bioquímica hacen uso intensivo de la tecnología del ADN recombinante, introduciendo genes de interés en organismos, con el objetivo de expresar una proteína recombinante concreta, que puede ser:

Medicina Forense

La Medicina Forense puede utilizar el ADN presente en la sangre , en el sémen, en la piel , en la saliva o en por los existentes en la escena de un crimen para identificar el responsable. Esta técnica se denomina impresión genética o perfil de ADN. Al realizar la impresión genética, se compara la largura de secciones altamente variables del ADN repetitivo, como los microssatélites, entre personas diferentes. Este método es muy fiable para identificar un criminal.[119] Sin embargo, la identificación puede complicarse si la escena del crimen esté contaminada con ADN de personas diferentes.[120] La técnica de la impresión genética fue desarrollada en 1984 por el geneticista británico Sir Alec Jeffreys,[121] y utilizada por primera vez para condenar Colin Pitchfork a causa de los asesinatos de Narborough (Reino Unido) en 1983 y 1986.[122] Se puede requiera a la personas acusadas de ciertos tipos de crímenes que cedan una muestra de ADN para ser introducida en una base de datos. Esto ha facilitado el trabajo de los investigadores en la resolución de casos antiguos, donde sólo se obtuvo una muestra de ADN de la escena del crimen, en algunos casos permitiendo exonerar un convicto. La impresión genética también puede ser utilizado para identificar víctimas de accidentes masivos,[123] o para realizar pruebas de consanguinidad.[124]

Bioinformática

La Bioinformática implica la manipulación, búsqueda y extracción de información de los datos de la secuencia del ADN. El desarrollo de las técnicas para almacenar y buscar secuencias de ADN generó avances en el desarrollo de software para ordenadores, con muchas aplicaciones, especialmente algoritmos de búsqueda de frases, aprendizaje automático y teorías de bases de datos.[125] La búsqueda de frases o algoritmos de coincidencias, que buscan la ocurrencia de una secuencia de letras dentro de una secuencia de letras mayor, se desarrolló para buscar secuencias específicas de nucleótidos.[126] En otras aplicaciones como editores de textos, inclusive algoritmos simples pueden funcionar, pero las secuencias de ADN pueden generar que estos algoritmos presenten un comportamiento de casi el peor caso, debido al bajo número de caracteres. El problema relacionado de la alineación de secuencias busca identificar secuencias homólogas y localizar mutações específicas que las diferencian. Estas técnicas, fundamentalmente la alineación múltiple de secuencias, se utilizan al estudiar las relaciones filogenéticas y la función de las proteínas.[127] Las colecciones de datos que representan secuencias del ADN del tamaño de un genoma, tales como las producidas por el Proyecto Genoma Humano, son difíciles de utilizar sin notações que marcan la localización de los genes y de los elementos reguladores en cada cromossoma. Las regiones de ADN que tienen patrones asociados con genes codificantes de proteínas o ARN pueden identificarse por algoritmos de localización de genes, lo que permite a los investigadores predecir la presencia de productos génicos específicos en un organismo mismo antes que se haya aislado experimentalmente.[128]

Nanotecnologia de ADN

La nanotecnologia de ADN utiliza las propiedades únicas de reconocimiento molecular de ADN y otros ácidos nucleicos para crear complejos ramificados auto-ensamblados con propiedades útiles. En este caso, el ADN se utiliza como un material estructural, más que como un portador de información biológica.[129] Esto condujo a la creación de cuchillas periódicas de dos dimensiones (ambas basadas en azulejos, así como usando el método de "ADN origami"), más allá de estructuras en tres dimensiones en forma de poliedros .

Historia y antropología

Ver artículos principales: Filogenia, Genealogía molecular.

El ADN almacena mutações conservadas con el tiempo y por lo tanto contiene información histórica. Comparando secuencias de ADN, los geneticistas pueden inferir la historia evolutiva de los organismos, su filogenia.[130] El campo de la filogenia es una herramienta potente en la biología evolutiva. Si se compararan las secuencias de ADN dentro de una especie, los geneticistas de poblaciones pueden conocer la historia de poblaciones particulares. Esto se puede utilice en una amplia variedad de estudios, desde ecologia hasta antropología; por ejemplo, evidencia basada en el análisis de ADN está siendo utilizada para identificar las Diez Tribus Perdidas de Israel.[131][132] Por otro lado, el ADN també se utiliza para estudiar relaciones familiares recientes.

Vida

Cada ser vivo que habita la Tierra posee una codificación diferente de instrucciones escritas en el mismo lenguaje en su ADN. Estas diferencias generan las diferencias orgánicas entre los organismos vivos.

Archivo:Chromatin chromosom.png
Diferentes niveles de condensação del ADN. (1) Cadena simple de ADN . (2) Filamento de cromatina (ADN con histonas). (3) Cromatina condensada en intérfase con centrómeros. (4) Cromatina condensada en prófase. (Existen ahora dos copias de la molécula de ADN) (5) Cromossoma en metáfase.

La doble cadena polinucleotídica constituye la molécula de ADN, cuya secuencia de nucleotídeos codifica las instrucciones hereditárias, organizadas en genes, que codificam las incontables proteínas existentes en las más variadas células. Las moléculas de ADN contienen por lo tanto la información genética necesaria para la codificación de las características de un individuo, como el color del cabello en humanos, el formato de la hoja en Angiospermas y su morfologia.

El ADN de todas las células del cuerpo humano sería equivalente, si fuera visible a ojo desnudo, en largura, a ocho mil veces la distancia de la Tierra a la Luna.

Creación de las moléculas

Erupciones volcánicas serían comunes en la tierra primitiva.

Presume-si que la Tierra, al formarse de poeira y gases interestelares hay aproximadamente 4,6 bilhões (o mil millones (Portugués de Portugal)) de años, contenía los elementos básicos para el inicio de la vida.

A través de los registros fósiles estudiados, algunos científicos afirman que la vida se desarrolló en torno a 4 bilhões de años atrás en los océanos primitivos del planeta. Según algunos, la complejidad de las primeras formas vivas era muy más pequeña que a de cualquier organismo unicelular.

Presume-si que reacciones influenciadas por la luz ultravioleta del Sol, relámpagos, etc, iniciaron las composiciones de moléculas bastante simples. Estas eran ricas en hidrogénio procedente de la atmósfera primitiva.

Al avanzar del tiempo, se inició un proceso que llevó aquellos fragmentos primitivos a combinarse y recombinarem, lo que generó moléculas cada vez más complejas.

Los océanos de la Tierra se asemejaban a un caldo orgánico, sin embargo, aún no contenían vida. En la medida en que la complejidad de las moléculas aumentaba, comenzaron a surgir substancias que iniciaron un proceso de copia.

Estas eran probablemente los ancestrais del ácido desoxirribonucléico, o ADN, molécula principal de la vida en la Tierra .

Evolución

Portal La Wikipédia posee lo
Portal de Evolución
Ver artículos principales: Introducción a la evolución y Evolución .

Algunos científicos afirman que el planeta Tierra era un Jardín del Éden molecular, hay cerca de cuatro mil millones de años. Las moléculas se reproducían de forma ineficiente, produciéndose copias groseras. En este tipo de escenario ocurrieron las primeras replicaciones, mutações, y extinciones de forma selectiva y aleatoria. Las variedades menos eficientes fueron siendo eliminadas, mientras aquellas que conseguían sobrevivir se hicieron cada vez más eficientes cada generación.

Avanzándose el tiempo, las moléculas orgánicas fueron adquiriendo más y más funciones especializadas, se fueron juntando a los pocos y de forma casual. A principio, se puede decir que estas colectividades moleculares formaron algo parecido con el primero ser vivo compuesto a partir de algún momento por un ADN funcional.

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