miércoles, 28 de mayo de 2008

ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DEL RNA



INTRODUCCIÓN

Las células contienen dos formas de ácidos nucleicos, el ácido desoxirribonucleico o DNA y el ácido ribonucleico o RNA. El DNA se encuentra en el interior del núcleo y contiene la información genética de la célula, es decir, contiene las instrucciones sobre como debe funcionar la célula. Tales instrucciones se ejecutan en el citoplasma celular y para ello, la información debe ser llevada desde el núcleo hasta el citoplasma; es aquí donde interviene el RNA, cuya función está relacionada con la expresión del material genético, por lo que el conocimiento de la estructura y modo de acción de este ácido nucleico resulta fundamental para entender el control de la expresión genética, la división celular, así como el crecimiento y desarrollo de los organismos.

"La función del RNA está relacionada con la expresión del material genético"


ESTRUCTURA Y FUNCIÓN GENERAL DEL RNA
Fig. 1 Representación del RNA y DNA


El RNA es el ácido nucleico más abundante en las células, es un poli nucleótido con características estructurales y funcionales que lo hacen diferente al DNA. Entre las características estructurales podemos mencionar las siguientes:

1.- Está formado por una sola cadena de polinucleótidos.
2.- La molécula de azúcar que participa en su estructura es la ribosa.
3.- Las bases nitrogenadas que participan en la estructura de los nucleótidos son: adenina, guanina, citosina y uracilo.

A nivel funcional, el RNA juega un papel importante, ya que si el DNA contiene la información genética, el RNA hace posible que esta se exprese en términos de "síntesis de proteínas".

"El RNA participa en la síntesis de proteínas, permitiendo la expresión de
la información del DNA en términos de proteínas"


TIPOS DE RNA

En el interior de las células eucariótias, se reconocen varios tipos de RNA:

RNA mensajero o RNAm.
RNA ribosomal o RNAr.
RNA de transferencia o RNAt.
RNA heterogéneo normal o RNAhn.
RNA pequeño normal o RNAsn.

De estos cinco, los más conocidos son los tres primeros, debido a su relación con la
síntesis de proteínas. Los dos últimos se relacionan con la producción del RNAm maduro.

RNA MENSAJERO O RNAm

En 1960, Francois Jacob y Jacques Monod acuñaron el término RNA mensajero y en 1961 lo relacionaron con la síntesis de proteínas. Tiempo después, Sol Spiegelman demostró que el RNAm es una copia del DNA, en un código de bases complementarias .

El RNAm se sintetiza en el interior del núcleo celular, utilizando como molde una molécula de DNA. Las enzimas que participan en la síntesis del RNAm van reconociendo al DNA en sentido 3' - 5' y van añadiendo nucleótidos complementarios a la cadena de RNAm, la cual crece en sentido 5' - 3'.

La molécula de RNAm juega un papel importante durante la síntesis de proteínas, su función es copiar el mensaje del DNA y llevarlo hasta los ribosomas, que es el sitio donde se sintetizan las proteínas. El número de nucleótidos que posee el RNAm depende del tamaño de la proteína que se vaya a sintetizar.

RNA RIBOSOMAL O RNAr

Este ácido ribonucleico se sintetiza en el nucleolo y constituyen el 80% del RNA celular total; participa en la estructura de los ribosomas y en la formación del enlace peptídico que ensambla a los aminoácidos durante la síntesis de proteínas; además, es el responsable de la estructura acanalada del ribosoma.

El ribosoma está formado por dos subunidades que contienen 4 tipos de RNAr y 70 a 80 proteínas, la subunidad pequeña o 40S contiene un RNAr 18S; la subunidad grande o 60S contiene tres tipos de RNAr llamados 28S, 5,8S y el 5S. El número de nucleótidos en cada tipo de RNAr depende del tamaño del mismo, así el 28S tiene 5400 nucleótidos, el 18S cuenta con 2100 nucleótidos, el 5,8S suma 158 nucleótidos y el 5S que es el más pequeño de los cuatro tiene 120 nucleótidos.


RNA DE TRANSFERENCIA O RNAt

Los RNAt son moléculas pequeñas, de unos 70 a 80 nucleótidos, vista en un solo plano, la molécula de RNAt parece una hoja de trebol con tres asas y cuatro zonas de doble hélice. En una de las asas se encuentra un triplete conocido como anticodón, el cual juega un papel importante en el reconocimiento del mensaje que viene en el.

El RNAt es el responsable de "llevar a los aminoácidos desde el medio ambiente celular hasta el interior del ribosoma, ubicándolo en el lugar exacto de acuerdo a la secuencia que dicta el mensaje del RNAm.
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DEL RNA



INTRODUCCIÓN

Las células eucariotas (eu = verdadero karyon = núcleo) portan en el núcleo una serie de instrucciones, el genoma, en las que se especifican las distintas funciones que tiene que realizar la célula para metabolizar y autoperpetuarse. En el caso del humano, el genoma contiene las órdenes mediante el cual el cigoto se convertirá en feto, el desarrollo posterior de este para transformarse en un niño y finalmente en un adulto.

"Al conjunto de genes que contiene una célula se le denomina genoma"

Como se vio anteriormente en el tema sobre el código genético, la información almacenada en el DNA se refiere a la síntesis de proteínas, entre ellas las enzimas, las cuales actúan como catalizadores biológicos. Este tipo de proteínas, controla la totalidad de reacciones químicas que ocurren en la célula, si una enzima no está presente, la reacción no ocurre, o bien, ocurre muy lentamente.

Si el mensaje que está en el DNA es correcto, la célula sintetizará todas las enzimas que se requieran para controlar sus procesos metabólicos. Si el mensaje presenta alteraciones en los genes, la célula enfrentará problemas ya que fabricará enzimas cuya función no es adecuada, o simplemente, no podrá producir dichas enzimas; el funcionamiento celular será deficiente y afectará su calidad de vida, su promedio de vida y, en el peor de los casos, le causará la muerte.

Como ejemplo de lo anterior, podemos mencionar los siguientes casos:

Enfermedad
Enzima o proteína afectada
1.- Albinismo
Tirosinasa.
2.- Galactosemia
Transferasa de la uridil galactosa 1-fosfato.
3.- Bocio familiar
Deshalogenasa de la yodotirosina
4.- Fenilcetonuria
Fenilalanina hidroxilasa
5.- Hemofilia A
Factor antihemofílico A
6.- Alcaptonuria
Oxidasa del ácido homogentísico





MECANISMO DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

La síntesis de proteínas ocurre en dos etapas llamadas: transcripción y traducción. Para ello, se requieren de los siguientes elementos: DNA, RNAm, Ribosomas, RNAt, los aminoácidos y las enzimas que controlan el proceso.

TRANSCRIPCIÓN

Es el primer paso de la síntesis de proteínas, ocurre en el interior del núcleo y consiste en copiar o transcribir el mensaje del DNA a una cadena de RNAm, en esta etapa intervienen las enzimas RNA polimerasas. Las
RNA polimerasas reconocen al DNA en dirección 3'-5' y la molécula de RNA crece en sentido 5'-3'. En la transcripción no se copia todo el DNA, solo un trozo de él.


Fig. 1: Transcripción del DNA en un RNAm .

La secuencia de ribonucleótidos dentro del RNAm es complementaria a la molécula de DNA, tal y como se observa en la figura anterior. La cadena que se transcribe se conoce con el nombre de cadena molde o hebra templada, mientras que a la otra se le denomina cadena codificadora o hebra con sentido .

Fig. 2: Cadena codificadora y cadena molde del DNA
Una vez transcrito el DNA, el RNAm sale del núcleo y se dirige al citoplasma, específicamente a los ribosomas, donde será traducido.

TRADUCCIÓN

La traducción del RNAm es la siguiente fase de la síntesis de proteínas, en esta, el lenguaje de los nucleótidos se transfiere al de los aminoácidos. Esta fase ocurre en el citoplasma y requiere de tres etapas llamadas: inicio, alargamiento y terminación. Los elementos que intervienen en la traducción son el RNAm, ribosomas, RNAt, los aminoácidos y las diferentes enzimas que dirigen el proceso.

a) Inicio: Los eventos característicos de esta etapa son los siguientes:

Las dos subunidades del ribosoma se separan y la subunidad ribosómica más pequeña, la 40S, se acopla a la cadena de RNAm por el extremo 5'.
En el extremo 5' del RNAm encontramos un codón iniciador, habitualmente el AUG, el cual se aparea con el RNAt que transporta a un derivado del aminoácido metionina llamado formilmetionina.
El RNAt para aparearse utiliza un anticodón, el cual es antiparalelo al codón del RNAm.
Finalmente, las dos subunidades del ribosoma se unen y el RNAt iniciador se encaja en el sitio P o peptídico de la subunidad mayor.

Fig. 3: Etapa de inicio en la síntesis de proteínas

El aminoácido metionina será el primero de la cadena polipeptídica que se está sintetizando, aunque después sea removido.

A la combinación de la subunidad 40S con el RNAm y con el RNAt iniciador,
se le conoce con el nombre de complejo iniciador.

b) Alargamiento: Esta etapa la podemos describir con ayuda de los siguientes puntos:

En esta etapa, el ribosoma empieza a leer los tripletes del RNAm e inicia la formación del polipéptido.
Al inicio de esta etapa, el segundo codón del RNAm se encuentra en el sitio A o aminoacil de la subunidad mayor.
Un RNAt con un anticodón complementario lleva al aminoácido correspondiente hasta el interior del ribosoma y lo ubica en el sitio A, en el lugar que le corresponde de acuerdo al mensaje del RNAm.
Cuando los sitios P y A están ocupados, una enzima llamada peptidil transferasa, forma un enlace entre los dos aminoácidos. Después de esto, el primer RNAt es liberado.
Posteriormente, el ribosoma se mueve un codón a lo largo de la cadena del RNAm y entra el siguiente triplete; el ribosoma lo lee y un RNAt específico se encarga de ubicar al aminoácido dentro del sitio A, se forma el enlace entre este aminoácido y el anterior y se libera uno de los RNAt.
El ribosoma continúa leyendo y traduciendo el mensaje hasta que recorre toda la fibra del RNAm.


Fig. 4: Etapa de alargamiento en la síntesis de proteínas

Los sitios P y A de la subunidad grande tienen las siguientes funciones: la posición o sitio P se encarga de aceptar al RNAt que carga la cadena polipeptídica creciente, mientras que la posición o sitio A acepta al RNAt que lleva al nuevo aminoácido que será añadido a la proteína. A medida que el ribosoma se mueve a lo largo de la cadena del RNAm, el triplete iniciador de la molécula de RNAm es liberado y otro ribosoma puede formar un nuevo complejo de iniciación. El término polisoma se utiliza para referirse a un grupo de ribosomas que leen la misma molécula de RNAm .

c) Terminación: El ribosoma termina de leer el mensaje del RNAm:

Al finalizar el mensaje en el RNAm, el ribosoma se encontrará con un triplete denominado codón sin sentido, el cual sirve como señal de terminación del mensaje y de la síntesis de la proteína. Las señales de fin de mensaje dentro del RNAm son tres: UAA, UAG y UGA; se les denomina codones sin sentido porque no codifican para aminoácido alguno.
No existe ningún RNAt que se acople con estos tripletes, de manera que no entrará ningún RNAt al sitio A del ribosoma.
Cuando se llega a un triplete sin sentido, se detiene la traducción, se desprende la cadena polipeptídica y las dos subunidades ribosómicas se separan, dando fin al proceso de síntesis de la proteína.

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TERMODINAMICA

Introduccion:
Como muchas disciplinas, la
termodinámica surge de los procedimientos empíricos que llevaron a la construcción de elementos que terminaron siendo muy útiles para el desarrollo de la vida del hombre.
Creemos que la
termodinámica es un caso muy especial debido a que sus inicios se pierden en la noche de los tiempos mientras que en la actualidad los estudios sobre el perfeccionamiento de las máquinas térmicas siguen siendo de especial importancia, mas aun si tomamos en cuenta la importancia que revisten temas de tanta actualidad como la contaminación.
El origen fué sin lugar a dudas la curiosidad que despertara el
movimiento producido por la energía del vapor de agua.
Su
desarrollo fué tomando como objetivo principal el perfeccionamiento de las tecnologias aplicadas con el fin de hacer mas facil la vida del hombre, reemplazando el trabajo manual por la máquina que facilitaba su realización y lograba mayor rapidez, estos avances que gravitaban directamente en la economía, por ello el inicio se encuentra en el bombeo de aguas del interior de las minas y el transporte.
Mas tarde se intensificaron los esfuerzos por lograr el máximo de rendimiento lo que llevó a la necesidad de lograr un
conocimiento profundo y acabado de las leyes y principios que regian las operaciones realizadas con el vapor.
El campo de la
termodinámica y su fuente primitiva de recursos se amplía en la medida en que se incorporan nuevas áreas como las referentes a los motores de combustión interna y ultimamente los cohetes. La construcción de grandes calderas para producir enormes cantidades de trabajo marca tambien la actualidad de la importancia del binomio máquinas térmicas-termodinámica.

La termodinámica (del griego θερμo-, termo, que significa "calor" [1] y δύναμις, dinámico, que significa "fuerza" [2] ) es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.
El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas físicos en forma de calor o
trabajo. También se postula la existencia de una magnitud llamada entropía, que puede ser definida para cualquier sistema. En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como sistema termodinámico y su contorno. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado. Éstas se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos espontáneos.
Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia variedad de temas de
ciencia e ingeniería, tales como motores, transiciones de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros. Los resultados de la termodinámica son esenciales para otros campos de la física y la química, ingeniería química, ingeniería aeroespacial, ingeniería mecánica, biología celular, ingeniería biomédica, y la ciencia de materiales por nombrar algunos.


Leyes de la termodinámica


Primera ley de la termodinámica

También conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Antoine Lavoisier.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:


Eentra − Esale = ΔEsistema
Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el
criterio de signos termodinámico, queda de la forma:
Segunda ley de la termodinámica

Artículo principal:
Segunda ley de la termodinámica

Esta ley regula la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrase en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, La Segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía tal que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos a temperatura más alta a aquellos de temperatura más baja.
Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de Kelvin.
Enunciado de Clausius


Diagrama del ciclo de Carnot en función de la presión y el volumen.
En palabras de
Sears es: " No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada".
Enunciado de Kelvin
No existe ningún dispositivo que, operando por
ciclos, absorba calor de una única fuente y lo convierta íntegramente en trabajo.
Otra interpretación
Es imposible construir una máquina térmica cíclica que transforme calor en trabajo sin aumentar la energía termodinámica del ambiente. Debido a esto podemos concluir que el rendimiento energético de una máquina térmica cíclica que convierte calor en trabajo siempre será menor a la unidad y ésta estará más próxima a la unidad cuanto mayor sea el rendimiento energético de la misma. Es decir, mientras mayor sea el rendimiento energético de una máquina térmica, menor será el impacto en el ambiente, y viceversa.
Tercera ley de la termodinámica
Artículo principal:
Tercera ley de la termodinámica
La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesto por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de “ley”.
Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. El
demonio de Maxwell ejemplifica cómo puede concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes de la Termodinámica.
Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencia.
Ley cero de la termodinámica
El
equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, entre otras) no son dependientes del tiempo. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se les conoce como coordenadas termodinámicas del sistema.
A este principio se le llama del equilibrio termodinámico. Si dos sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio termodinámico. Este principio es fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0.

ESTRUCTURA DEL DNA


DNA hace 50 años, publicado en el artículo "Molecular structure of nucleic acids" en Nature el 25 de abril de 1953 por James Watson y Francis Crick del Cavendish Laboratory en Cambridge (Reino Unido). F. Crick y J. Watson, junto con Erwin Chargaff, Maurice Wilkins, Rosalind Franklin y Linus Pauling, protagonizaron una auténtica carrera científica a partir de los años 40 para determinar cuál era la estructura del DNA, polémica que se resolvió con la publicación del famoso artículo en Nature y el establecimiento del modelo tridimensional de la doble hélice del DNA. Haciendo uso de los análisis de la composición de bases de muestras hidrolizadas de DNA (de Erwin Chargaff) y los estudios de difracción de rayos X (por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins), Watson y Crick presentaban en Nature el modelo tridimensional del DNA, constituído por dos cadenas polinucleótidas y antiparalelas, que forman una doble hélice dextrógira (que gira hacia la derecha) de 20 angstroms de diámetro. En la estructura espacial de la molécula, era clave la complementariedad o afinidad específica de bases nitrogenadas --Adenina con Timina, Citosina con Guanina-- entre las dos cadenas polinucleótidas.El modelo de Watson y Crick tuvo un efecto inmediato en genética y en biología molecular, una disciplina emergente en aquellos momentos.


En artículo de abril de 1953, los autores apuntaban "No se nos escapa que el emparejamiento específico que postulamos sugiere por sí mismo un posible mecanismo de copia para el material genético". Dos meses más tarde, Watson y Crick ampliaban la idea en un segundo artículo en Nature, en el que presentaban uno modelo específico de replicación del DNA, el modelo semiconservativo, una hipótesis que coincidía plenamente con las evidencias experimentales. En 1962 Watson y Crick compartían con Maurice Wilkins el Premio Nobel de Medicina por el descubrimiento de la estructura molecular del DNA y por su significado en la transmisión de la información genética. Rosalind Franklin, experta en técnicas cristalográficas que aportó datos cruciales para el modelo de la doble hélice, había muerto en 1958.





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REPLICACIÓN DEL DNA




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DNA

El DNA es una macromolécula compleja, compuesta por dos cadenas o hélices que se entrelazan entre sí formando una doble hélice. Cada cadena está formada por millones de eslabones, llamados nucleótidos o bases nitrogenadas (son cuatro: A-T, G-C).
Ambas hélices están unidas entre sí, a nivel de los eslabones complementarios de cada hélice, por parejas. La secuencia de los pares de bases es lo que determina el código genético.
Según el orden que sigan esos pares de bases, se codifica una función u otra, o simplemente no se codifica nada. El DNA de la célula se organiza en cromosomas. Cada cromosoma es una molécula largísima de DNA. El ser humano tiene su DNA organizado en 23 pares de cromosomas distintos, es decir, 46 cromosomas. La mínima secuencia de DNA que es capaz de codificar una función o una estructura completa se denomina GEN. Sin embargo existen largas secuencias del DNA, que aunque molecularmente se compongan de lo mismo que un GEN (son una secuencia de nucleótidos), no codifican absolutamente, y por lo tanto no se les llama genes. Algunos han llamado a esas secuencias ‘vacías’, DNA basura. Hoy día se piensa que la función de ese DNA es estructural, es decir, contribuye a dar estabilidad a la molécula de DNA. Cada cromosomas contienen miles de genes. Hoy día se estima que el ser humano tiene más de 30.000 genes en sus cromosomas.


Estructura de los ácidos nucleicos



Los ácidos nucleicos son polímeros lineales de nucleótidos cuyos grupos fosfatos unen las posiciones 3´y 5´de azucares consecutivos. Los grupos fosfatos son acídicos por lo que a pH fisiológico están cargadas negativamente. Los nucleótidos están formados por un residuo de azúcar unido por el C1 a una base nitrogenada y a un grupo fosfato por el C5. Las bases nitrogenadas presentes en los ácidos nucleicos se clasifican en dos: púricas (adenina (A)y guanina (G)) y pirimidínicas (timina (T), citosina (C) y uracilo (U)). Las purinas se unen al C1 del azúcar mediante un enlace N-glucosídico a través del N9 del anillo (Fig. 1a) mientras que las pirimidinas lo hacen a través del N1 (Fig. 1b).





















Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el acido ribonucleico (RNA) y el ácido desoxirribonucleico (DNA), la diferencia entre estas moléculas esta dado por el tipo de azúcar y de ahí su nombre, en el RNA el anillo de pentosa presenta un grupo OH (Fig. 2a) en la posición 2 mientras que en el DNA se pierde un oxigeno quedando solo un H en la misma posición (Fig.2b). La composición de bases en ambas moléculas es prácticamente la misma, solo que en el RNA encontramos U en lugar de T.








Watson y Crick en 1953 describieron la estructura del DNA. El modelo describe a la molécula como una doble hélice donde las cadenas se encuentran asociadas por interacción entre las bases nitrogenadas por enlaces de hidrogeno. Estas bases se encuentran hacia el interior de la hélice por su carácter hidrofóbico mientras que el esqueleto azúcar-fosfato se encuentra hacia el exterior. La A puede formar enlaces de hidrogeno solo con la T mientras que la C solo puede hacerlo con la G . A esto se le llamó apareamiento de bases y las bases pareadas se dicen que son complementarias. Entre la A y la T se forman dos puentes de hidrogeno y entre la T y la C tres, esto hace que estos últimos posean una mayor estabilidad.
En esta estructura las cadenas polinucleotídicas se encuentran dispuestas de manera antiparalela, o sea, una corre en dirección 3’---5’ mientras que la otra lo hace en dirección 5’----3’. (Fig. 3)



Tipos de moléculas de DNA


Los ácidos nucleicos pueden adoptar diferentes estructuras según factores tales como humedad, identidad de los iones presentes, así como la secuencia de bases.
DNA-B
Estudios por difracción de rayos-X han mostrado que la presencia de iones alcalinos como el Na+ y una humedad relativa del 92 % promueve que las moléculas de DNA adopten la llamada conformación B, conformación considerada como nativa ya el patrón de rayos-X es muy parecido al que fue encontrado en cabezas de espermatozoides de esperma de salmón (Fig. 4).




Características:
1. Está constituido por dos hebras polinucleotídicas que se enrollan alrededor de un eje común formando una hélice de aproximadamente 20 A de diámetro que gira hacia la derecha. Las cadenas se extienden en direcciones opuestas y se encuentran enrolladas de manera que no pueden separarse sin que sea desenrollada la hélice (enrollamiento plectonémico). Las bases se encuentran hacia el interior de la hélice mientras que las cadenas de azúcar-fosfato se encuentran hacia el exterior con el fin de minimizar las repulsiones entre grupos fosfatos cargados.2. Los planos de las bases son perpendiculares al eje de la hélice. Cada base está unida a la de la hebra opuesta por enlaces de hidrógeno (apareamiento de bases complementarias)
3. La hélice del DNA-B ideal posee un 10 pares de bases (bp) por vuelta, o sea, un giro helicoidal de 36 grados por bp. Las bases aromáticas tienen espesores de van der Waals de 3.4 A y estan parcialmente apiladas una sobre otra (apilamiento de bases), por lo que la hélice presenta un paso de rosca (elevación por vuelta) de 34 A.
La estructura de Watson-Crick solo admite dos conformaciones posibles para el apareamiento de bases, la adenina (A) con la timina (T) y viceversa y la guanina (G) con la citosina (C) y viceversa, estos son conocidos como pares de bases Watson-Crick. Estos pares de bases son intercambiables entre si dentro de la helice sin cambiar los atomos del carbono 1 del esqueleto azúcar-fosfato. Igual la hélice permanece inalterada cuando se intercambian los integrantes de un par de bases Watson-Crick. Por el contrario, cualquier otra combinación de bases distorsionaría la doble hélice ya que la formación de un par de bases distinto a los de Watson-Crick requeriría un reordenamiento importante de la cadena azúcar-fosfato.
La molécula de DNA- B presenta dos surcos, uno mayor y uno menor. La diferencia entre ambos surcos esta dada por dos razones: 1. el borde superior de cada par de bases es estructuralmente distinto al borde inferior. 2. los residuos de desoxirribosa son asimétricos.
Desviaciones del modelo Watson-Crick del DNA-B auténtico
A finales de los anos 70 el estudio de oligonucleótidos de estructuras bien definidas cristalizados y visualizados mediante rayos X permitió un estudio mas detallado de estas moléculas. El dodecámero autocomplementario CGCGAATTCGCG, oligonucleótido sometido a estudio, cristaliza en la conformación B. Esta molécula presenta una elevación media por residuo de 3,4 A y 10.1 bp por vuelta (un giro helicoidal de 35,6 grados por bp) que es casi lo mismo que lo observado para el DNA-B ideal. No obstante, los residuos individuales se apartan de esta conformación media de una forma que parece ser dependiente de la secuencia. Por ejemplo, en este dodecámero, el giro helicoidal por par de bases oscila entre 28 y 42°. Cada par de bases se desvía de su conformación ideal debido a deformaciones como el giro de helice (rotación de las bases apareadas en sentidos opuestos alrededor del eje mayor) y el balanceo del par de bases (inclinación del par de bases como un todo con respecto a su eje mayor). Estudios recientes de otros oligómeros han mostrado que la estructura del DNA es sorprendentemente irregular y que depende de la secuencia. Este fenómeno es particularmente importante para la unión a secuencias específicas del DNA de determinadas proteínas relacionadas con el procesamiento de la información genética.

Existe otra estructura llamada DNA-C que se produce a partir del DNA-B en presencia de soluciones de sales concentradas y etilén glicol (sal de litio y 6 % de humedad relativa). Esta forma presenta un giro de la hélice por bp de 38.6 º por lo que exhibe 9.33 bp por vuelta. Presenta una elevación por bp de 3.32 A siendo el paso de rosca de aproximadamente 31 A. El diámetro de esta hélice es de aproximadamente 19 A.

Cuando la humedad relativa se reduce al 75 % el DNA-B sufre un cambio conformacional reversible hacia la llamada forma A (Fig. 5). Estudios de fibras por rayos X han mostrado que la hélice del DNA-A, arrollada también hacia la derecha, es más ancha y más aplastada que la del DNA-B. El DNA-A posee 11 bp por vuelta y un paso de rosca de 28 A. Los pares de bases se encuentran inclinados 20° con respecto al eje de la hélice lo que provoca que el surco mayor sea profundo y el surco menor sea muy poco profundo. Al igual que el DNA-B estas moléculas muestran una variabilidad conformacional dependiente de cada secuencia. No se ha demostrado que exista el DNA-A in vivo sin embargo observaciones experimentales sugieren que ciertos segmentos de DNA asumen normalmente la conformación A. In vitro, se ha observado que las proteínas pequeñas de esporas solubles en acido (SASPs) de bacterias Gram-positivas inducen al DNA-B a adoptar la conformación A.
Unos 25 años después del descubrimiento de la estructura del DNA por Watson y Crick, el análisis de la estructura cristalina de d(CGCGCG) reveló una doble hélice levógira. Esta estructura fue denominada DNA-Z, posee 12 bp por vuelta y un paso de rosca de 45 A, y a diferencia del DNA-A un surco menor muy profundo y un surco mayor casi imperceptible. En el DNA-Z los pares de bases se encuentran desplazados 180° con respecto a los del DNA-B. Como consecuencia la unidad repetitiva en este caso es un dinucleótido d(XpYp) y no un nucleótido como en las otras hélices, donde X es un residuo de purina y Y es un residuo de pirimidina. Esta alternancia de purinas y pirimidinas esta dada por la conformación que adoptan estas bases con respecto al azúcar en la estructura (purinas en posición sin y pirimidinas en posición trans (Fig. 7)). Esto provoca que el recorrido del esqueleto azúcar-fosfato sea zigzagueante, de ahí el nombre de DNA-Z. Estudios por difracción de fibras han demostrado que los polinucleótidos complementarios con purinas y pirimidinas alternantes tales como poli d(GC), poli d(AT) y poli d(GT), adoptan la conformación de DNA-Z a elevadas concentraciones de sales. Una alta concentración de sales estabiliza el DNA-Z con respecto al DNA-B ya que minimiza las repulsiones electrostáticas de los grupos fosfatos de hebras opuestas, que están mucho más cercanos en la conformación Z que en la B (8 A en DNA-Z contra 12 A en DNA-B). La metilación de la citosina en C(5), modificación biológica común, también promueve la formación de DNA-Z debido a que un grupo hidrofóbico en esta posición esta menos expuesto al solvente que en el DNA-B.
La existencia de DNA-Z in vivo ha sido difícil de probar, sobre todo porque no se puede demostrar que la utilización de una sonda para DNA-Z (un anticuerpo por ejemplo), no podría por sí misma inducir al DNA-B a adoptar la forma Z. Se ha propuesto que en circunstancias apropiadas la conversión reversible de secuencias específicas de DNA-B en Z pudiera actuar como interruptor regulando la expresión genética,
RNA-A
Muchos tipos de RNAs, por ejemplo de transferencia y ribosomal, contienen secuencias complemetarias los cuales pueden dentro de la molécula formar segmentos de doble hélice. Estas estructuras duplohelicoidales son incapaces de asumir una conformación como la que presenta el DNA-B debido al impedimento estérico de su grupo 2´OH. Estas estructuras asumen una conformación similar al DNA-A y de ahí su nombre RNA-A. Contiene al igual que este 11 bp por vuelta y una inclinación de las bases con respecto al eje de la hélice de 14 º. En eventos tales como la trascripción y el inicio de la replicación del DNA se forman híbridos resultantes del apareamiento de una hebra de DNA con una de RNA. Estos híbridos también se piensa que pueden adoptar esta conformación A.

Estructuras que puede adoptar el DNA
Los ácidos nucleicos de simple cadena pueden adoptar diferentes estructuras secundarias:Secuencias invertidas: consiste en dos copias de una misma secuencia orientadas en sentido contrario (Fig. 8). Secuencias palindrómicas: son secuencias autocomplementarias dentro de una misma hebra. Esta secuencia es la misma cuando se lee en una dirección determinada en ambas cadenas (Fig. 9).


Cuando una secuencia de bases es seguida por una secuencia de bases complementaria cercana en la misma molécula la cadena se pliega y genera un duplex antiparalelo llamado horquilla que genera una región de doble hélice (tallo) con un lazo de bases no pareadas en un extremo (Fig. 10).
Existe otra estructura particularmente poco usual que se le conoce como DNA-H que se forma en tramos de polipirimidinas/polipurinas (Fig.11).


Una característica novedosa de este apareamiento es que involucra tres cadenas de DNA para formar una triple hélice. Esta triple hélice se forma de manera espontánea solo dentro de largas secuencias que contienen en una misma cadena, solo pirimidinas o solo purinas.
Otro tipo de variación estructural que puede ocurrir es la curvatura de la hélice en una zona donde se encuentran cuatro o más A seguidas en una de las dos cadenas. Por ej. 6 A en hilera producen una curvatura de 18 º.
Estas variaciones estructurales aparecen en sitios donde se inician o regulan eventos importantes del metabolismo del DNA (replicación, recombinación y transcripción). Por ejemplo, sitios que contienen secuencias específicas reconocidas por determinadas proteínas son organizados en palíndromes. El DNA-H se encuentra dentro de regiones involucradas en la regulación de la expresión de algunos genes eucarióticos.