7.6: ADN, secuencias e información
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Ahora podemos suponer que de alguna manera la secuencia de nucleótidos en una molécula de ADN codifica información pero exactamente qué tipo (s) de información se almacena en el ADN? Los primeros estudiantes de ADN no podían leer secuencias de ADN, como ahora podemos, por lo que se apoyaron en diversas mediciones para comprender mejor el comportamiento de la molécula. Por ejemplo, la forma en que una molécula de ADN bicatenario interactúa con la luz es diferente de cómo lo hace una molécula de ADN monocatenario. Dado que las dos cadenas de moléculas de ADN bicatenario (a menudo escritas ADNds) están unidas solo por enlaces de hidrógeno, aumentar la temperatura del sistema conducirá a su separación en dos moléculas monocatenarias (ADNmc). El ADNss absorbe la luz a 260 nm (en el ultravioleta) con más fuerza que el ADNds, por lo que la absorbancia de una solución de ADN se puede usar para determinar las cantidades relativas de ADN monocatenario y bicatenario en una muestra. Lo que encontramos es que la temperatura a la que el 50% de las moléculas de ADNds se han separado en ADNss varía entre organismos. Esto no es particularmente sorprendente dada la observación de Chargaff de que la relación de AT a GC varió entre diversos organismos y el hecho de que los pares de bases GC, mediados por tres enlaces H, son más estables que los pares de bases AT, que se mantienen unidos por solo dos enlaces H. De hecho, se puede estimar la relación AT: GC con base en curvas de fusión.
Rápidamente quedó claro que las cosas son más complejas de lo que se esperaba anteriormente. Aquí se necesita introducir un punto técnico. Debido a la longitud extrema de las moléculas de ADN que se encuentran en los sistemas biológicos, es casi imposible aislarlas intactas. En el curso de su purificación, las moléculas serán cizalladas en trozos más cortos, típicamente miles de pares de bases de longitud en comparación con los millones a cientos de millones de pares de bases en moléculas intactas. En otro tipo de experimento, se puede observar qué tan rápido el ADNss (el resultado de un experimento de fusión) reforma el ADNds. La velocidad de estas “reacciones de rerecocido” depende de la concentración de ADN. Cuando se llevaron a cabo tales experimentos, se encontró que había una población de recocido rápido de fragmentos de ADN y varias poblaciones de apareamiento más lento. ¿Cómo explicar este resultado, era una función de la relación AT:GC? Análisis posteriores revelaron que se debió a que dentro del ADN aislado de organismos, particularmente eucariotas, había muchas (cientos a miles) de regiones que contenían secuencias nucleotídicas similares. Debido a que las cadenas individuales de estos fragmentos pueden asociarse entre sí, estas secuencias ocurrieron en concentraciones efectivas mucho mayores en comparación con regiones del ADN con secuencias únicas. Este tipo de análisis reveló que gran parte del genoma de los eucariotas está compuesto por diversas familias de secuencias repetidas y que las secuencias únicas ascienden a menos de ~ 5% del ADN total. Si bien una discusión completa de estos elementos de secuencia repetidos está más allá de nuestro alcance aquí, podemos hacer algunos puntos. Como veremos, existen mecanismos de reparación que pueden mover regiones de una molécula de ADN de una posición a otra dentro del genoma. El resultado final es que el genoma (las moléculas de ADN) de una célula/organismo son dinámicos, un hecho con profundas implicaciones evolutivas.
Preguntas para responder y reflexionar
- ¿Cuál crees que es más fuerte (y por qué), un par base AT o un GC?
- ¿Por qué la relación de A a G difiere entre organismos?
- ¿Por qué la proporción de A a T es la misma en todos los organismos? ¿Qué implica esto sobre la presencia de ADN monocatenario y bicatenario en un organismo?
- ¿Qué significa que las dos hebras de una molécula de ADN son antiparalelas?
- Normalmente el ADN existe dentro de las células a una concentración salina fisiológica (~140 mM de KCl, 10 mM de NaCl, 1 mM de MgCl 2 y algunos iones menores). Predice lo que sucederá (lo que es termodinámicamente favorable) si colocas ADN en agua destilada (es decir, en ausencia de sales disueltas).