La estructura secundaria del DNA fue establecida en 1953 por James Watson y Francis Crick basándose en patrones de difracción de rayos X de fibras de DNA. Su modelo presenta las siguientes características:
/DPROpFXODGH'1$HVWiFRQVWLWXLGDSRUGRVFDGHQDVGHSROLQXFOHyWLGRV formando una doble hélice dextrógira.
/DVGRVFDGHQDVGHODGREOHKpOLFHHVWiQRULHQWDGDVFRQSRODULGDGRSXHV- ta, es decir, son antiparalelas (figura 4.14).
/RVDQLOORVGHGHVR[LUULERVD FRQHOJUXSRIRVIDWRXQLGRHVWiQHQHOH[WH- rior de la hélice, con lo cual las cargas negativas de los grupos fosfato
FIGURA 4.14. Esquema de doble héli-
ce con las bases nitrogenadas aparea- das.
pueden interaccionar con los ca- tiones de la solución, lo que esta- bilizaría la molécula.
/DV EDVHV QLWURJHQDGDV HVWiQ HQ el interior de la hélice. Las dos cadenas permanecen unidas me- diante puentes de hidrógeno; so- lamente los pares A-T y G-C pue- den acomodarse en la estructura de doble hélice. El enlace A-T es mediante dos puentes de hidróge- no y el G-C mediante tres, por lo cual es más estable. Por lo tanto, la secuencia de nucleótidos de una cadena de la doble hélice de- termina la secuencia de la otra cadena, y se dice que las dos ca- denas de una molécula de DNA son complementarias.
/RV SODQRV TXH FRQWLHQHQ ODV ED- ses son perpendiculares al eje de la hélice. Los planos que contie- nen los azúcares están formando
ángulos casi rectos con los de las bases.
(O GLiPHWUR GH OD KpOLFH HV GH 20 Å, la separación entre nu- cleótidos adyacentes a lo largo del eje de la hélice es de 3,4 Å, desplazados por una rotación de 36 grados, y el paso de hélice es de 34 Å, por lo que hay 10 pa- res de nucleótidos por vuelta de hélice.
3XHGH KDEHU FXDOTXLHU VHFXHQFLD de bases en la cadena polinucleo- tídica. Una secuencia concreta de bases transporta una información genética precisa.
La estructura de doble hélice del DNA se puede presentar bajo distintas for- mas:
a) Forma B del DNA: Es la de ma- yor interés biológico ya que es la que suele encontrarse en con- diciones fisiológicas. Correspon- de básicamente al modelo pro- puesto por Watson y Crick (figu- ra 4.15), con 10 pares de bases por vuelta de hélice y una sepa- ración de, aproximadamente, 3,4 Å entre nucleótidos conti- guos. Se caracteriza por presen- tar dos tipos de surcos, uno an- cho o surco mayor (12 Å de an- cho) y otro estrecho o surco menor (6 Å), aparecen porque
FIGURA 4.15. Configuración helicoidal
bicatenaria del DNA en su forma B.
los enlaces glicosídicos de cada par de bases no resultan diametralmen- te opuestos, uno con respecto a otro.
b) Forma A del DNA: Aparece cuando la humedad relativa es inferior al 75%. Presenta 11 pares de bases por vuelta, el paso de hélice es de, aproximadamente, 28 Å y la inclinación de las bases es de 20 grados respecto al eje de la hélice. Aunque los dos surcos del DNA tienen una altura parecida, uno de ellos es muy profundo y el otro casi desaparece. La forma A aparece en el DNA deshidratado, en los híbridos RNA-DNA y en las regiones de doble hebra del RNA.
c) La forma Z del DNA: Fue descubierta al estudiar la estructura del oligonu- cleótido CGCCG. La forma Z es una hélice doble, con las cadenas antipa- ralelas y con el apareamiento de Watson y Crick entre guanina y citosina. Sin embargo, esta hélice es levógira, los fosfatos del esqueleto están en zig- zag y sólo contiene un surco de hélice profundo. Presenta 12 pares de ba- ses por vuelta de hélice, con un paso de hélice de unos 43 Å. Esta forma sólo aparece en disolución en condiciones de alta fuerza iónica, está termo- dinámicamente desfavorecida debido a las repulsiones electrostáticas entre los grupos fosfato, que están más próximos que en la forma B. Su forma- ción está favorecida por metilación del C5 de la citosina, lo cual, junto con secuencias repetitivas de pirimidinas-purinas, es frecuente en eucariontes. Hay dos tipos de moléculas de DNA:
/LQHDOHV 6H ORFDOL]DQ HQ FpOXODV HXFDULyWLFDV \ HQ DOJXQDV SURFDULyWLFDV así como en algunos virus.
&LUFXODUHV &RPR HO FDVR GH OD EDFWHULD E. coli que tiene un cromosoma circular, lo cual se descubrió al comprobar que el mapa de correlación genética de esta bacteria era circular. También algunos virus como el fago O presentan cromosomas circulares, en este caso en su forma repli- cativa. También los plásmidos, presentes en el citoplasma de numerosas bacterias, son pequeñas moléculas de DNA circular.
Estructura terciaria
El DNA lineal en disolución se comporta como un ovillo estadístico de gran rigidez, debido al impedimento estérico que originan las interacciones intra- moleculares que estabilizan la doble hélice. Este hecho se produce a partir de un peso molecular de uno o dos millones; por debajo de este peso molecular se comporta como una varilla ligeramente flexible. La flexibilidad del DNA parece deberse a pequeñas distorsiones en la molécula que le permiten cur- varse ligeramente.
Los DNAs circulares virales, de pequeño tamaño, cuando se aíslan aparecen superenrollados negativamente. El DNA superenrollado es la forma común de la mayor parte del DNA de las células vivas; así el DNA cromosómico bacte- riano está organizado en bucles aislados, que se comportan como anillos que pueden superenrollarse independientemente. En las bacterias, el enzima que superenrolla, negativamente, el DNA es la DNA-girasa. El superenrollamiento es un mecanismo para regular la transcripción.