Gabriel Rabinovich: "Mi sueño máximo sería llegar a traducir nuestros descubrimientos en algo que mejore la calidad de vida de las personas"

La madrugada del martes 23 de marzo de 2004 marcó un antes y un después en la vida de Gabriel Rabinovich. Ese día, periodistas que llamaban desde Alemania y Francia, y también de programas radiales porteños, lo despertaron a las 4 para preguntarle sobre uno de sus descubrimientos, que había sido publicado nada menos que en la tapa de la revista Cancer Cell. Junto con su equipo, Rabinovich había develado cómo hacen los tumores para ser invisibles para el sistema inmune. "No entendía nada", confiesa hoy.
Una de las estrellas más rutilantes del escenario científico local, Rabinovich es un investigador totalmente made in Argentina. Nacido en Villa Cabrera, Córdoba, se formó en la Universidad Nacional de esa provincia, y realizó su doctorado y su posdoctorado en el país. "Siempre había soñado con formarme en el exterior, pero aunque gané una beca Pew para ir a trabajar en los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos, con uno de los personajes más importantes del mundo en muerte celular programada, no pude ir por cuestiones familiares", recuerda.
Sin embargo, a poco de comenzar su tesis, identificó, purificó y caracterizó una proteína, la Galectina I (Gal I), que resultó ser una suerte de llave maestra del cáncer y las enfermedades autoinmunes: en el primer caso impide la acción de los linfocitos T que podrían destruir los tumores, y en el segundo podría ayudar a detener el ataque del sistema inmune contra el organismo. A los 44 años es vicedirector del Instituto de Biología y Medicina Experimental del Conicet, y dirige un grupo de 27 jóvenes científicos cuyos hallazgos están protegidos por ocho patentes y ya dieron lugar al desarrollo de un anticuerpo monoclonal que resultó efectivo para detener el crecimiento de diferentes tipos de tumores en ratones. Ahora, el desarrollo de este anticuerpo para su uso en humanos se está negociando con laboratorios internacionales.

-¿Fuiste un científico precoz o llegaste a la investigación por casualidad?
-Yo me crié en una farmacia. Mi mamá era farmacéutica y mi papá, contador. Me gustaba atender al público y los ayudaba cuando estaban de turno, pero en esa época nunca pensé en ser científico. En realidad, jugaba a ser maestro y me hubiera encantado dedicarme a la medicina, pero era muy sensible. Después, en el secundario, me encantaba mi profesora de química. Creo que me dediqué a la ciencia, pero también me hubiera gustado ser médico.

-¿Eras el típico traga?
-Me gustaba estudiar mucho, pero curiosamente siempre me atrajeron las materias humanísticas: cantaba en un coro, bailaba, hacía teatro. No creía que podría dedicarme a la ciencia. Admiraba muchísimo a mis profesores de la Facultad, pero pensaba que yo era demasiado disperso...

-¿Cuándo se produjo el momento de decisión?
-Mi vida estuvo marcada por gente que fue muy generosa conmigo, como las Fundaciones Sales, y Bunge y Born, particularmente la familia Ferioli y Ostry, Eduardo Charreau en el Ibyme y el Conicet. Después de recibirme, Carlos Landa, mi primer mentor, me dio un lugar en su laboratorio. Confió en mí más que yo mismo. Él estudiaba el sistema nervioso y la retina del pollo. Y aunque a mí me interesaba la salud humana, cuando entré en su laboratorio quedé fascinado. Él me enseñó la parte lúdica de la investigación. Mi tarea consistía en inyectar conejos con distintas fracciones de hígado o de retina de pollo, y generar y purificar anticuerpos. Al finalizar ese año, Carlos decidió dejar la ciencia básica, pero me dijo que podía llevarme los anticuerpos. Los puse en el freezer de la casa de mis padres, en tubitos de rollos de película fotográfica.

-¿Qué papel jugaron esos anticuerpos en tu carrera posterior?
-Empecé mi tesis y al principio no se me ocurría nada interesante. Pero hablando con Clelia Riera, mi segunda mentora y directora de tesis, y con Carlos recordé los tubitos que había dejado en el freezer. Y una noche, utilizando uno de esos anticuerpos, apareció una proteína diferente. Nunca nadie había estudiado su función, particularmente en el sistema inmunológico. Después, toda mi tesis fue aislar y caracterizar bioquímicamente esta proteína que se llamaría Galectina I.

-¿Por qué es tan importante esta proteína?
-Una de las cosas que vi durante mi doctorado es que cuando ponía Gal I y junto a linfocitos T [células del sistema inmune encargadas de atacar bacterias, virus, hongos, tejidos trasplantados], éstos se morían. Luego, junto con mi primera tesista, Nati Rubinstein, pudimos probar que los tumores, que expresan mucha más Galectina I que una célula normal, la utilizan para escaparse de la respuesta inmune. Están rodeados de linfocitos, pero éstos no pueden matar al tumor. Cuando bloqueábamos la producción de la proteína, los linfocitos T no morían, aumentaban su cantidad y lo eliminaban.

-¿Y qué papel cumple en la autoinmunidad?
-Durante estos años fuimos descubriendo muchas más facetas de Gal I. Con Marta Toscano vimos que esta proteína no mata cualquier célula inmune: mueren solamente las malas en la autoinmunidad, los linfocitos Th1 y Th17 [que atacan al propio organismo]. Las otras, las células vírgenes, que nos permiten defendernos contra bacterias o parásitos, no se mueren. Marta empezó a hacer su tesis doctoral y detectó que estas células, a medida que se van diferenciando, se van cubriendo de azúcares necesarios para que Gal I interactúe con ellas. En cambio, el resto se cubre de otro escudo, que es el ácido siálico, un carbohidrato especial que inhibe la acción de Gal I.

-¿Es decir que, en cierto modo, mata a villanos y a héroes?
-Esta proteína destruye los linfocitos que nos son nocivos, pero mantiene los que nos van a defender frente a las infecciones. Con Juan Martín Ilarregui descubrimos que hay otras células en el sistema inmunológico, las dendríticas, que tampoco son destruidas por Gal I; les permite generar un sistema regulatorio que resuelve la respuesta inmune. Básicamente se trata de una proteína que promueve equilibrio en el sistema inmunológico. Elimina las defensas negativas que causan autoinmunidad, cuando la respuesta inmunológica ya se cumplió, y es usurpada por el tumor para burlarse del sistema inmune.

-¿Eso los llevó a pensar en una terapia?
-Un día me llamó la doctora Margaret Shipp, del Dana Farber Cancer Institute, de Harvard, y empezamos una colaboración que generó la idea de intentar bloquear Gal I en cáncer para que los linfocitos T aumenten y eliminen el tumor. Por otro, en nuestro laboratorio pensamos utilizarla para eliminar linfocitos T en enfermedades autoinmunes.

-¿Cómo podrían hacerlo?
-Decidimos desarrollar un anticuerpo monoclonal antigalectina I. Nos costó mucho trabajo, hasta que encontramos uno fantástico. Diego Croci, que investigaba procesos de vascularización de tumores, lo probó en diferentes cánceres y mostró que bloquea el crecimiento tumoral (se reducen en más del 60%), aumenta la respuesta inmune y disminuye la vascularización. Mariana Salatino y Tomás Dalotto mostraron que este paradigma también es útil en cáncer de mama.

-Es decir que estás cumpliendo con el ideal de la investigación biomédica: ir de la mesada del laboratorio a la cama del paciente.
-¡Ojalá! Estamos tratando de licenciar las patentes que protegen estos hallazgos. Hay compañías interesadas. Ellas humanizarían el anticuerpo monoclonal y harían los estudios clínicos. En este sentido, hace dos años se publicaron en The New England Journal of Medicine dos trabajos sobre anticuerpos que reconocen otras moléculas involucradas en el escape tumoral, que al ser bloqueados estimulan la respuesta inmune. La sobrevida global de los pacientes tratados con estos anticuerpos monoclonales aumenta muchísimo. Todo indica que vamos por el buen camino. Uno se imagina que, en un futuro, el armamento farmacológico en oncología estará compuesto por un cóctel de inhibidores que aumenten la respuesta inmune, por un lado; que reduzcan la angiogénesis [formación de vasos sanguíneos], por el otro, y quizá con una quimioterapia, pero en bajas dosis para matar las células tumorales. Mi sueño máximo sería llegar a traducir nuestros descubrimientos en algo que mejore la calidad de vida de las personas.

Bio:

• Profesión: científico
  Edad: 44 años
  Es editor de una docena de revistas científicas y profesor visitante de las universidades de Harvard, de Maryland y de París. Recibió la beca Guggenheim, los premios Houssay y Bunge y Born a jóvenes investigadores, de la Fundación Mizutani (en Japón), de la Academia Mundial de las Ciencias (TWAS) y el Konex de Platino, entre otros.

Fuentes:

Nota periodística del diario La Nación. Periodista: Nora Bär. 25/11/2013.
http://www.lanacion.com.ar/1641731-gabriel-rabinovich

Nota en Radio Mitre (26/08/2014): http://secciones.cienradios.com.ar/radiomitre/2014/08/26/premio-bunge-y-born-al-cientifico-argentino-gabriel-rabinovich/

Estructura general de los ribosomas en procariontes y eucariontes.

La presencia del ribosoma en el proceso de traducción es fundamental porque, por un lado constituye un sitio físico donde ocurre todo este proceso y por otro lado tiene también función catalítica, por lo cual es fundamental para el proceso. Si no existe esta estructura y todos los componentes que intervienen en el proceso de traducción se tuvieran que encontrar al azar en el citosol, sería muchísimo menos eficiente.

En la figura se comparan ribosomas procariontes y eucariontes. Ambos tipos de ribosomas tienen dos subunidades, mayor y menor. Son muy similares en cuanto a estructura pero tienen algunas diferencias en cuanto a la longitud del ARN y a las proteínas que forman parte de estas unidades ribosomales. También es diferente el tamaño. Generalmente el tamaño de cada subunidad o del ribosoma completo se mide en Svedberg (S) que es una unidad de sedimentación (da una idea de la velocidad de sedimentación o del tamaño de esa partícula: mayor S, mayor PM).
En la subunidad mayor están presentes un ARNr que se denomina ARNr grande (principal ARNr que está en la subunidad mayor), en procariontes es 23S y en eucariontes 28S. También hay ARNr del tipo 5S tanto en eucariontes como en procariontes y además en los eucariontes está presente un tipo de ARN pequeño que es 5,8S que se une de manera complementaria, por apareamiento de bases, con el ARN grande, además hay proteínas.
En el caso de la subunidad pequeña, tiene un ARN que se denomina ARNr pequeñpo. Es 16S en procariontes y 18S en eucariontes.
Finalmente, hay dos subunidades ribosomales mayores: 50S en la subunidad mayor en procariontes y 60S en la subunidad mayor en eucariontes, y dos subunidades menores: 30S en procariontes y 40S en eucariontes.
Si bien hay diferencias en cuanto a la composición y al tamaño, las estructuras son similares y operan de manera muy similar.
El ARNr presenta estructura secundaria.

Manual de Bioseguridad en el Laboratorio. OMS. 3° edición.

Las tres funciones del ARN en la traducción.

La traducción* es llevada a cabo por tres tipos distintos de ARN. Aquí vemos al ARNm que es el que lleva la información (que estaba codificada en el ADN) en forma de codones, que son secuencias o tripletes de bases, cada uno de los cuales corresponde a un aminoácido determinado. Cuando esto se traduzca al lenguaje de las proteínas, cada codón va a representar a un único aminoácido.
Luego está el ARNt que es muy importante porque es el que une el aminoácido que debe ingresar en la cadena polipeptídica cuando se lleva a cabo la traducción y que tiene un sitio denominado anticodón que se complementa con algún codón del ARNm.
También está el ARNr, que junto con varias proteínas forman los ribosomas, que además de ser el sitio físico donde ocurre el proceso de traducción, es importante para catalizar la formación de los enlaces peptídicos durante la formación de la proteína.

*Normalmente el proceso de traducción se lo toma como sinónimo de síntesis de proteínas, pero hay que tener en cuenta que una vez que la cadena polipeptídica termina de traducirse, debe sufrir algunas modificaciones (modificaciones químicas, plegamientos, etc) y la síntesis de proteínas implican también estos fenómenos.

Hay 61 codones que codifican para aminoácidos y 3 codones que son de terminación. Muchos aminoácidos están codificados por más de un codón, por esto decimos que el código genético es degenerado. Todas las cadenas polipeptídicas comienzan con una metionina (Met) iniciadora y hay un único codón que codifica para esa metionina iniciadora: AUG. También hay un ARNt específico para la Met iniciadora que es diferente al ARNt de una Met que va a ubicarse en cualquier otro sitio de la cadena polipeptídica.

Marco de lectura: secuencia de codones en el ARNm que transcurre desde un codón de inicio específico hasta un codón de terminación.

La figura es un ejemplo de una misma proteína leída en dos marcos distintos. Se muestra una parte interna de la secuencia de la proteína. El sitio de inicio (codón AUG) no se muestra.
Por lo general, los ARNm se leen correctamente en un único marco de lectura, porque puede suceder que en los otros marcos posibles surgen codones stop haciendo que se obtenga una proteína no funcional, pero en algunas especies, en algunos tipos de células, la lectura a distintos marcos de lectura de ARN hace que se sinteticen proteínas diferentes, y es una manera de regular la expresión génica.

El código genético es universal, es decir, es el mismo para distintos tipos de células. Esto apoya la idea de un origen común a todas las células.

Sin embargo hay excepciones: el significado de cada codón es el mismo en la mayoría de los organismos conocidos.

En general la mayoría de estas excepciones están dadas porque un codón que en el código genético universal es un codón stop, en el código inusual codifica para un aminoácido.

 Estructura de los ARNt.

En general todas las moléculas de ARNt tienen una longitud entre 70-80 nucleótidos, la secuencia de todos los ARNt es variable entre ellos pero sin embargo todos presentan la misma estructura tridimensional.
En general todos poseen cuatro tallos formados por apareamientos complementarios entre pares de bases y tres bucles.
Una característica también diferencial de los ARNt es que presentan modificaciones químicas en sus bases, por ejemplo, en el bucle D hay presencia de dihidrouridina, en el bucle TψCG hay presencia de ribotimidina y de seudouridina, estas son modificaciones químicas que le dan distintas propiedades a esas moléculas.
El bucle anticodón, que también puede presentar modificaciones químicas y se caracteriza por la presencia de inosina (surge de la desaminación del nucleótido adenina), es el bucle que lleva la secuencia de tres bases que se aparea de manera complementaria con cada codón en el ARNm.
En el tallo que no presenta bucle, en el extremo, que se denomina tallo aceptor, es justamente donde se produce el sitio de unión del ARNm con el aminoácido correspondiente. En consecuencia, los dos sitios fundamentales de esta estructura son el tallo aceptor y el bucle anticodón. En el tallo aceptor la secuencia CCA en el extremo 3' es característica de los ARNt.

Esta figura representa una figura tridimensional de orden mayor debido a que esta estructura se pliega para dar una estructura en forma de L.

La traducción requiere un proceso decodificador de dos pasos.

Un primer paso que consiste en la unión del aminoácido específico a su ARNt específico, y un segundo paso que consiste en la unión del anticodón del ARNt con el codón ARNm correspondiente.
En el siguiente ejemplo se muestran estos dos pasos para el aminoácido Phe y obviamente para el ARNt que específicamente transporta Phe.
Este primer paso de unión del aminoácido al ARNt que reconoce Phe está catalizada por una enzima que es la aminoacil-ARNt sintetasa específica para cada aminoácido. Esta enzima posee dos sitios fundamentales: un sitio de unión para el aminoácido, en este caso para Phe, y un sitio de unión para el ARNt que une Phe a nivel del extremo 3'. Esta unión catalizada por esta enzima consiste en la formación de un enlace éster de alta energía (se dice que el aminoácido se activa mediante esta unión) y el enlace éster se produce entre el grupo carboxilo del carbono α del aminoácido con el -OH 3' del ARNt. Por ser un enlace de alta energía luego va a favorecer la formación posterior, en el proceso de traducción, de los enlaces peptídicos.
Esta es la manera en que se forma un aminoacil-ARNt.

Luego ocurre el segundo paso que es la unión específica entre el anticodón de este ARNt con su codón complementario en el ARNm, obviamente un codón que codifica para Phe.

El número de ARNt en la mayoría de las células es superior al número de aminoácidos utilizados en la síntesis proteica y diferentes al número de codones de aminoácidos del código genético. Entonces un mismo aminoácido puede ser reconocido por distintos ARNt.
Podemos suponer que existen tantos ARNt como codones que existen en el código genético que codifican para aminoácidos, pero sin embargo en número es menor a 61 y esto se debe a que existen en algunos casos un apareamiento no estándar de bases entre el codón y el anticodón en la posición de balanceo.
Hay una posición específica que es la posición de balanceo, podemos hablar de la posición de balanceo tanto en la secuencia anticodón del ARNt como en el codón del ARNm.

Si lo vemos desde el punto de vista desde el ARNt, la posición de balanceo es la posición número 1 del anticodón. Si las bases que se ven en el cuadrito están en la posición de balanceo puede ocurrir lo siguiente: con C o A en esta posición ocurre al apareamiento estándar de bases, es decir, C≡G y A=U. Pero si, por ejemplo, tenemos G en esa posición de balanceo, puede reconocer en el codón del mensajero tanto C como U.
Recordemos que en el núcleo del anticodón puede haber I (I se puede aparear con C, A y U), con lo cual hay más posibilidades.
Entonces, el apareamiento de balanceo permite a un ARNt reconocer más de un codón de ARNm.
Lo que sí sucede es que todos esos distintos codones codifican para un mismo aminoácido siempre.
Esto mismo puede ocurrir desde el punto de vista del ARNm: el apareamiento de balanceo permite que un codón sea reconocido por más de una clase de ARNt.

Control de la expresión génica en procariontes.

Hay distintos niveles en los cuales se pueden regular la expresión génica, pero generalmente, y esto es válido tanto para los procariontes como para los eucariontes, el principal mecanismo para regular la transcripción o la expresión de un gen es regulando la iniciación de la transcripción (si empieza o no la transcripción de ese gen).

• Iniciación de la transcripción→ principal mecanismo para controlar la producción de la proteína codificada en una célula.
• Expresión génica en procariontes→ regulada según los cambios en los medios nutricional y físico.

Frente a cambios en el medio, cambios en los nutrientes, se va a expresar o no determinada proteína.

Las bacterias sólo sintetizan las proteínas de su proteoma requeridas para sobrevivir en condiciones determinadas → ahorro de energía!!!

Dado que los genes que forman parte del operón tienen un único sitio de inicio de la transcripción, podemos decir que esos genes están regulados de manera coordinada: o se transcriben todos o ninguno. Este sistema de operón está, además, regulado por proteínas adicionales que pueden ser proteínas represoras o proteínas activadoras de la transcripción.

Regulación de la transcripción a partir del operón lac de E. coli.

El operón lac codifica las enzimas requeridas para la degradación de lactosa. Las bacterias pueden utilizar la degradación de los hidratos de carbono para obtener energía.
La glucosa es la principal fuente de energía si está presente en el medio. Pero la lactosa también es un azúcar que alternativamente puede servir como medio para obtener energía.

En el operón lac están codificadas todas las enzimas que intervienen en esa vía metabólica, pero en la figura se representa únicamente la primera enzima de esa vía metabólica que es la lacZ.
El operón tiene otras secuencias importantes: tiene una secuencia promotora que donde se va a unir la ARNpol (sitio reconocido por la ARNpol para comenzar la transcripción). Además tiene otras dos regiones reguladoras: una que se esquematiza en amarillo que es la secuencia operador y la otra que se esquematiza en verde que es el sitio CAP (CAP: proteína activadora de catabolito). El sitio operador va a permitir la unión de una proteína represora, mientras que el sitio CAP va a permitir la unión de una proteína activadora. De esta manera se va a regular la transcripción de este operón. En este caso la enzima que transcribe este ARNm es la polimerasa asociada a una subunidad que la σ70(Pol-σ70, polimerasa bacteriana asociada a esta subunidad), que cataliza la transcripción cuando las secuencias reguladoras se encuentran próximas al promotor.

Podemos tener distintas condiciones:

(a) Presencia de glucosa y ausencia de lactosa:

Si hay ausencia de lactosa no tiene sentido que la célula sintetice las proteínas que degradan lactosa, con lo cual lo que sucede en esta situación es que la proteína represora (que se denomina represor lac), posee una conformación tal que se une con alta afinidad al sitio operador: la ARNpol no puede unirse al operador y comenzar la transcripción del gen, en consecuencia no hay transcripción del ARNm.

(b) Presencia de glucosa y lactosa:

Cuando los dos azúcares se encuentran presentes en el medio, preferentemente se usa glucosa, pero al haber lactosa, la lactora se une a la proteína represora y cambia su conformación perdiendo así afinidad por el sitio operador, entonces la ARNpol-σ70 se une al promotor y puede transcribir, pero en este caso el nivel de transcripción es mínimo.

(c) Presencia de lactosa y ausencia de glucosa:

Cuando disminuye el nivel de glucosa en estas células, aumenta la producción de AMPc (molécula segundo mensajero intracelular), que cuando hay glucosa está reducido.
En esta situación hay lactosa en el medio por lo tanto la lactosa se une a la molécula represora que cambia su conformación y se disocia del sitio operador permitiendo que la ARNpol-σ70 se una al promotor y transcriba. Pero además, al haber un nivel aumentado de AMPc, este AMPc tiene la capacidad de unirse a la CAP modificando la conformación de CAP con lo cual, en esta conformación particular, esta proteína puede unirse al sitio CAP, estimulando la transcripción mediada por la ARNpol-σ70. En este caso el nivel de transcripción es máximo.



Los distintos promotores que se encuentran en las células eucariontes o procariontes son bastante similares entre sí aunque la secuencia de cada uno de ellos varía, y de acuerdo a esa secuencia, variará la frecuencia con la cual se inicia la transcripción. Es decir, según el promotor varía la velocidad de transcripción, de modo tal que si el promotor es un promotor débil, tendrá una baja velocidad de transcripción, que es el caso del operón lac. Es por esto que si no hay un activador, la ARNpol-σ70transcribe a una baja velocidad. Sin embargo, en presencia de un activador, ese promotor puede aumentar la velocidad de transcripción de modo tal que la transcripción es máxima.
Hay promotores fuertes que sin la presencia de una proteína activadora ya tiene una alta velocidad de transcripción.

Este esquema representa la ARNpol bacteriana. Se representan las dos subunidades más importantes (β) y las dos subunidades α; estas subunidades pueden interactuar también con otras subunidades especiales, en este caso una subunidad que se denomina σ o factor σ, en el caso del operón lac, la polimerasa se llama ARNpol asociada a σ70.
La ARNpol se asocia a la subunidad σ70 cuando este operón está regulado por represores y activadores que se unen al ADN cerca de la región donde se une la polimerasa, o sea, cerca del promotor. Sin embargo, hay otro factor σ, que es el factor σ54, que es un factor que se asocia a la ARNpol cuando los sitios activadores o represores se encuentran alejados del sitio de inicio (promotor): se necesita otro tipo de subunidad para que se pueda llevar a cabo la transcripción.


Un ejemplo de reguladores de esta polimerasa asociada a la subunidad σ54 es la proteína NtrC o proteína C reguladora de nitrógeno. Este sistema que se ilustra a continuación corresponde al gen que codifica para glutamina sintasa (glnA) en los procariontes. A diferencia del operón lac, la ARNpol está asociada al factor σ54, porque los sitios reguladores, en este caso son sitios amplificadores o que estimulan la transcripción, se encuentran lejos del sitio promotor (sitio de inicio).

 Esta proteína NtrC tiene capacidad de unirse al sitio amplificador pero en esta conformación es inactiva. Para activarla existe otra proteína reguladora que es la proteína NtrB que tiene actividad de cinasa, que lo hace es fosforilar a NtrC y de esa manera activarla.
Cuando NtrC es fosforilada y se activa se produce un cambio conformacional que favorece la interacción de este amplificador con la ARNpol-σ54 : el ADN se dobla para justamente lograr que esta proteína activadora interactúe directamente con la ARNpol-σ54.
Esta manera de regular la expresión de este gen o genes que codifican para las enzimas que se necesitan para la síntesis de glutamina es muy similar a lo que ocurre en los eucariontes, donde en general, los sitios para los activadores y represores están alejados del promotor, y la estructura que se forma es similar a esta.

Microfotografía electrónica de un fragmento de restricción de ADN con un dímero de NtrC fosforilado unido a la región amplificadora, cerca de un extremo, y la ARNpol-σ54 unida al promotor glnA cerca del otro extremo.

Microfotografía electrónica del mismo preparado de fragmentos que muestra los dímeros de NtrC y la polimerasa σ54 unidos entre sí con el ADN interpuesto formando un bucle entre ambos.

Corte y empalme alternativo del ARN.

El corte y empalme o splicing es el mecanismo que permite eliminar los intrones y unir los exones para tener el ARNm funcional. Cuando se habla de corte y empalme alternativo, nos referimos a que hay diferentes maneras de que se produzca ese corte y empalme. Esto es muy importante sobre todo en proteínas que tienen muchos exones.

Se ve representado el gen de la fibronectina, que es una proteína de la MEC. Lo que se ve en diferentes colores son los distintos exones, lo que se ve con rayitas negras representan los intrones que luego serán eliminados.

Este gen, una vez que se transcribe al ARN, el transcripto primario puede ser procesado de maneras alternativas, y eso muchas veces difiere según el tipo celular. Por ejemplo, en este caso, en los fibroblastos, los dos exones representados en verde (EIIIB y EIIIA) quedan incluidos, a nivel de esos exones está codificada la información para sitios de unión con proteínas de la MEC, cuando ese ARNm pasa a proteína estos exones forman dominios específicos que permiten que esta molécula se una a otras proteínas de la MEC. Sin embargo, a nivel de los hepatocitos, se excluyen estos dos exones, con lo cual esa fibronectina va a circular y no queda adherida a la matriz.
Los productos que se obtienen por splicing alternativo del ARN se denominan isoformas. Son proteínas que están emparentadas pero tienen distintas propiedades funcionales.

Procesamiento del ARN para producir un ARNm funcional en organismos eucariontes.

En la figura vemos representado un gen que codifica para la β-globina (se representa el ADN genómico). Podemos ver, en diferentes colores, el ADN genómico, que en los eucariontes está formado por secuencias codificantes o exones y secuencias no codificantes o intrones. Tenemos representado el sitio de inicio para la síntesis del ARN (para la transcripción) y el sitio poli(A). También hay dos secuencias importantes que se esquematizan en color gris que se denominan UTR, que están presentes en el ADN y en el ARN, pero no se traducen a proteínas. Esas secuencias son importantes porque son reguladoras de la expresión génica.
Una de las modificaciones más importantes sobre el transcripto primario es la adición en el extremo 5' de un grupo 7-metil guanilato (casquete). La adición de este grupo en el extremo 5' tiene como funciones primordiales, preservar la estabilidad del ADNm para que no sea degradado e interviene luego en el transporte del ARNm maduro hacia el citoplasma.
La segunda modificación importante en este transcripto primario es la escisión o corte en 3' y la adición de una cola poli(A); una enzima realiza un corte en el sitio específico en el sitio poli(A) y la enzima poli(A) polimerasa adiciona de 100 a 250 nucleótidos de adenina en este extremo. Esta cola es importante, entre otras funciones, para proteger al ARNm de la degradación.
Finalmente, la tercera modificación fundamental es la eliminación de intrones y la unión de los exones (corte y empalme o splicing).
Luego que se producen estas tres modificaciones obtenemos ahora sí el ARNm funcional cuya secuencia está formada por los exones unidos y tienen un sus extremos las regiones no traducidas y las modificaciones químicas a nivel del extremo 5' y 3'.

Entonces estas modificaciones son muy importantes porque sus funciones son:

• Protección contra la degradación enzimática.

• Desplazamiento del ARNm hacia el citoplasma.

Las características químicas distintivas son las uniones 5'→5' de 7-metilguanilato al nucleótido inicial de la molécula de ARNm y el grupo metilo al -OH 2' de la ribosa del primer nucleótido (base 1). Estas dos características tienen lugar en todas las células animales y en las células de las plantas superiores; las levaduras carecen el grupo metilo en el nucleótido 1. La ribosa del segundo nucleótido (base 2) también está metilado en los vertebrados.

Organización de los genes, transcripción y traducción en células eucariontes.

En los eucariontes, en general, la disposición de los genes que codifican las enzimas que participan en una misma vía metabólica (en este ejemplo, la síntesis de trp) están separadas en el genoma, incluso pueden estar en cromosomas diferentes. Con lo cual, en este caso tenemos cinco sitios de inicio para la transcripción, cada uno de esos sitios correspondientes a cada uno de esos cinco genes. Entonces, cuando se transcriben en ARN, se obtienen cinco transcriptos primarios de ARNm que luego se procesan y posteriormente son traducidos para dar las 5 proteínas que intervienen en esa vía metabólica.

En las células eucariontes hay compartimientos, entre los cuales se encuentran el núcleo y el citoplasma. El proceso de transcripción ocurre en el núcleo, lo mismo pasa con el proceso de modificación de este transcripto primario.

Recién una vez que el transcripto primario es correctamente codificado puede salir del núcleo al citoplasma donde se lleva a cabo la traducción, con lo cual, en este caso, la transcripción y la traducción ocurren de manera separada en espacio y tiempo: esta es una diferencia importante con lo procariontes.

Organización de los genes, transcripción y traducción en células procariontes.

En general, en los procariontes, las enzimas o las proteínas que están dedicadas a una vía metabólica común se agrupan en una estructura o sistema que se denomina operón, en este caso se esquematiza el operón trp.

Este operón codifica para cinco enzimas mencionadas como A, B, C, D y E e intervienen en la síntesis de este aminoácido en la bacteria; entonces en el ADN bacteriano, en el único cromosoma bacteriano, estas secuencias que codifican para estas cinco enzimas se encuentran contiguas, de modo tal que existe un único sitio de inicio de la transcripción de este gen. Esta es una diferencia importante con los eucariontes: en los procariontes hay un único sitio de inicio para la transcripción del ARNm.

Entonces se produce la transcripción y se obtiene un único producto. Un único ARNm que sí tiene 5 sitios diferentes para la traducción, para la síntesis de las proteínas correspondientes. Cuando este único ARNm se traduce se obtienen 5 proteínas diferentes que son las enzimas que intervienen en esta vía metabólica.
En los procariontes la transcripción y la traducción ocurren de manera simultánea, no hay compartimentalización entre núcleo y citoplasma, por lo cual, a medida que el ARNm emerge de la ARNpol, éste puede ser traducido.

Etapas de la transcripción del ADN.

Básicamente la transcripción es un proceso que está dividido en tres etapas.

Iniciación.

La iniciación es la primera etapa de la transcripción.

En la figura se muestra una molécula de ADN de doble cadena; con un círculo verde se indica la secuencia que marca el sitio de inicio para la transcripción de ese ADN sobre la hebra molde. De estas dos hebras, una de ellas va a actuar como molde. Lo que se representa en forma grande es la ARNpol y toda la secuencia que está marcada es lo que se conoce como promotor o secuencia promotora que es el sitio donde se une la ARNpol para comenzar la transcripción (síntesis de ARN). Por otro lado se ve, representado con un círculo rojo, secuencias de sitio de detención sobre la hebra molde. Ahí, en ese punto, finaliza la transcripción.
En este estadío donde recién se une la ARNpol al sitio promotor para comenzar la transcripción, que además requiere de proteínas especiales que se denominan factores de transcripción generales, todo este complejo se denomina complejo cerrado porque todavía el ADN se encuentra “cerrado”.
Una vez que la ARNpol se posiciona correctamente y reconoce el sitio de inicio, se forma lo que se conoce como burbuja de transcripción. Hay enzimas que colaboran para la apertura de esta doble hélice y se forma la burbuja de transcripción que consta aproximadamente de 10 a 14 nucleótidos. Una vez formada esta burbuja de transcripción, la ARNpol comienza la adición de los rNTP iniciales. Se dice que la etapa de iniciación finaliza cuando los dos primeros rNTP se han polimerizado sobre la hebra molde.

Elongación.

La segunda etapa es la elongación.

La ARNpol va a avanzando sobre la hebra molde de ADN hacia el extremo 5' de la misma, adicionando en cada paso rNTP que se aparean de manera complementaria a la hebra molde de manera transitoria y los rNTP se unen entre sí por uniones fosfodiéster. Entonces, en este punto hay una burbuja de transcripción que se va corriendo hacia el extremo 5' de la hebra molde y una región híbrida donde observamos una hélice doble de ADN-ARN. Por otro lado, en uno de los extremos de la ARNpol comienza a surgir la molécula de ARN naciente, que comienza a separarse de la hebra molde de ADN y a emerger de la ARNpol.

Terminación.

 La tercera y última etapa de la transcripción es la de terminación.

Cuando la ARNpol llega a este sitio específico (secuencia específica), que se denomina sitio de terminación, finaliza la transcripción: se libera la ARNpol, el ARN completo y todo esto se disocia completamente de la molécula de ADN.
En el caso de células eucariontes, esta hebra de ARN que completa su síntesis y emerge de la ARNpol es lo que se conoce como transcripto primario o pre ARNm. Esta molécula debe sufrir modificaciones para transformarse en un ARNm maduro.

Un video para ilustrar la transcripción:

Estructura de la ARNpol.

Esta imagen es simplemente para observar la interacción entre las moléculas. Este modelo representa la estructura de una ARNpol bacteriana unida a un promotor. Se puede observar cómo interactúan íntimamente estas dos moléculas. Se ve la interacción complementaria entre el ADN y la ARNpol. Existe un sitio químico dentro de esta ARNpol donde encaja perfectamente la doble hélice del ADN. Este complejo se mantiene estable por interacciones no covalentes.

La ARNpol está formada por varias subunidades, las más importantes son las subunidades β (tiene dos subunidades β), tiene dos subunidades α pero en este esquema se ilustra una sola y puede tener subunidades adicionales, en este caso posee una subunidad ω, que estabiliza la enzima y asiste en el ensamblaje de sus subunidades.

Las ARNpol eucariontes son muy similares a las procariontes.

Transcripción de genes codificadores de proteínas.

La transcripción de genes codificadores de proteínas es lo que se denomina también como síntesis de ARN.
Todos los tipos de ADN están codificados en el ADN y se forman mediante este mecanismo.

Para el proceso de transcripción se necesita una hebra molde de ADN que permita copiar esta información. En este caso, los monómeros son nucleótidos. El crecimiento del ARN, en direccionalidad, es igual que para el ADN, se sintetiza de 5'→3', y mientras se sintetiza se van apareando de manera complementaria la base correspondiente a la molécula de ARN con la base de la hebra molde, con lo cual estas estructuras van a ser antiparalelas transitoriamente.
Esta reacción de polimerización para formar la molécula de ARN es llevada a cabo por una enzima que es la ARN polimerasa (ARNpol). La ARNpol cataliza una reación química que consiste en el ataque nucleofílico del -OH 3' de la ribosa hacia el fosfato α del nucleótido entrante. El nucleótido tiene 3 grupos fosfatos y el fosfato más próximo al azúcar es el fosfato α, luego sigue el fosfato β y por último el γ. Es decir, la enzima corta a nivel del fosfato α, liberando pirofosfato, y este nucleótido entrante queda unido covalentemente a este -OH (3') por una unión fosfodiéster; a su vez esta base nitrogenada de este nucleótido entrante queda apareado complementariamente de manera transitoria al ADN molde.

→ La reacción de polimerización es catalizada por la ARNpol. Químicamente consiste en el ataque nucleofílico del -OH 3' de la ribosa sobre el grupo fosfato en posición α del nucleótido entrante (rNTP) (el nucleótido que se va a adicionar), que por un lado está apareado complementariamente con la base de la hebra molde de ADN. Si, por ejemplo, en la hebra molde hay C, el rNTP tendrá G, y se unirán por uniones no covalentes. La unión de polimerización es la formación del enlace fosfodiéster (no covalente).

El enlace fosfodiéster que se forma tiene menor energía de unión que el enlace con el fosfato, por lo cual se favorece la polimerización. Por otro lado el grupo pirofosfato es clivado por una enzima, una pirofosfatasa, que también libera más energía.

Las hebras de ARN siempre se sintetizan en dirección 5'→3' y son opuestas en polaridad a sus hebras molde de ADN.

El sitio donde se inicia la transcripción, por convención, se denomina como posición +1. Todas las bases o los nucleótidos (en el ADN) que se encuentran en dirección al extremo 3' (a la síntesis) se denominan posiciones corriente abajo y se denominan son signo +. Lo que está en dirección opuesta se denomina corriente arriba y su nomenclatura es con signo -.

Estructura del ARN.

La pentosa que participa en la estructura de la molécula de ARN es una ribosa que contiene un grupo -OH en el C2'.

Este -OH es muy importante porque hace que el ARN tenga mayor labilidad química (en solución alcalina se hidroliza).
Este -OH es muy importante porque hace que el ARN tenga mayor labilidad química; en solución alcalina el ARN se hidroliza. Cuando queremos obtener ARN de una muestra hay que tener mucho cuidado porque justamente por ser tan lábil se puede destruir y perder muestra.
Además de la mayor labilidad química, ese -OH le da una gran reactividad química a la molécula, de hecho el ARN tiene actividad del tipo catalítica.

Para comparar la estructura primaria del ARN y el ADN, además de la ribosa y la desoxiribosa, recordemos que en el ARN en lugar de timina (T) se encuentra uracilo (U) y además el ARN está formado por una única hebra. Las estructuras primarias de ambos ácidos nucleicos son muy similares: en ambos casos los monómeros son nucleótidos y se polimerizan con la misma direccionalidad (5'→3'); lo que es diferente es la estructura secundaria.

Los dos motivos de estructura secundaria del ARN (en este caso más aplicado al ARNm pero vale para los otros tipos de ARN) más conocidos son la horquilla y el tallo-bucle. Ambos motivos de estructura secundaria se forman por apareamientos de bases complementarias dentro de la misma cadena (el ARN es monocatenario).
En la horquilla estos apareamientos complementarios están separados entre sí por pocos nucleótidos y en el caso del tallo-bucle, estas interacciones están separadas entre sí por lo que se llama bucle, que puede tener hasta cientos de nucleótidos. Esto constituye la estructura secundaria del ARN.

A su vez esta estructura puede plegarse para dar estructuras un poco más complejas como lo que se ve en la figura, que se denomina pseudonudo.

Siempre la estructura secundaria del ARN está basada en estos apareamientos complementarios intracatenarios entre las bases.

La estructura terciaria del ARN es fundamental para que cada uno de los tipos de ARN puedan cumplir con su función adecuada. Como ya se mencionó antes, existe el ARN con capacidad catalítica, gracias a esa mayor reactividad química que posee gracias a ese -OH en el C2' de la ribosa. El ARN con capacidad catalítica se denomina ribozima (es como una función enzimática pero realizada por un ácido nucleico) y en general estos ribozimas están formados por ARN acompañados de proteínas, sin embargo, en esos casos cuando hablamos de ribozimas, la molécula que tiene la actividad catalítica es el ARN no la proteína.

ADN circular.

Algunas moléculas de ADN son circulares.

Las moléculas de ADN de las mitocondrias y cloroplastos, y el ADN genómico procarionte son circulares. También algunos ADN virales son circulares.

El ADN circular puede estar superenrollado o como un círculo relajado. La figura (a) es una microfotografía electrónica del ADN viral del SV40 (virus que se encuentra en monos). Es importante tener conocimientos básicos sobre los virus porque son herramientas muy importantes para la biología molecular.
Normalmente en el caso de un ADN circular, cuando se abre transitoriamente la doble hélice en un punto, para que ese ADN se replique o se transcriba, se producen superenrollamientos en otras partes de la molécula. Estos superenrollamientos se alivian gracias a la presencia de enzimas que son las topoisomerasas que lo que hacen generalmente es romper un enlace fosfodiéster en una de las hebras generando lo que se conoce como muesca, de manera tal que esa estructura se pueda relajar. Algunas topoisomerasas cortan a nivel de una de las hebras y otras a nivel de las dos.

Existen otros tipos de enzimas que son las ligasas, que son las encargadas de volver a formar el enlace fosfodiéster para que nuevamente la molécula tenga la estructura circular.
Si bien aquí se ve que este superenrollamiento se produce en una molécula de ADN viral, en las células eucariontes también se producen superenrollamientos con lo cual estas enzimas, las topoisomerasas y las ligasas, son muy importantes y están en muy alta concentración dentro del núcleo de las células.

En algunos casos, la topoisomerasa cumple ambas funciones: cortar y unir la molécula de ADN. Un ejemplo es la topoisomerasa II.

Desnaturalización o fusión del ADN.

Las hebras del ADN pueden separarse de manera reversible.

La separación de las dos hebras de la doble hélice se conoce como desnaturalización o fusión del ADN.

Por ejemplo, durante la replicación y durante la transcripción las dos hebras de ADN se separan transitoriamente, pero también este fenómeno de desnaturalización (o fusión) se puede producir in vitro, por ejemplo, aumentando la temperatura, porque si la doble hélice está estabilizada por uniones del tipo no covalentes, lo que hacemos es aumentar la energía de modo tal de superar esa energía de unión para que la doble hélice se desarme.
De hecho, aumentando la temperatura de una solución de una muestra de ADN se puede monitorear este fenómeno de desnaturalización midiendo la absorción de luz a 260nm (espectro UV).

Si tenemos una hebra de ADN bicatenario ya de por sí, a baja temperatura, tiene una absorbancia basal muy baja. ¿Por qué es baja? porque lo que absorbe al UV son las bases nitrogenadas (anillos con dobles enlaces conjugados), pero cuando la molécula no está desnaturalizada, las bases están hacia el interior de la molécula, enmascaradas, con lo cual la absorbancia a esa longitud de onda es muy baja. Durante un rango bastante amplio de temperatura no se modifica esto, pero a partir de cierta temperatura (alrededor de los 80°C) aumentando un poco la temperatura aumenta mucho la absorbancia. A medida que empieza a abrirse la doble hélice, rápidamente este fenómeno se sigue produciendo hasta que llega a un valor máximo cuando se completó la desnaturalización.

Se define temperatura de fusión del ADN (Tm), a la temperatura a la cual la mitad de las bases (de los nucleótidos) están desnaturalizados.
Esta temperatura de fusión es una característica de las muestras de ADN, es un parámetro que puede servir para caracterizar una muestra.
Podemos ver qué sucede con el ADN monocatenario: su absorbancia es mucho mayor que el del ADN bicatenario, y a medida que aumenta la temperatura, si bien aumenta un poco la absorbancia, lo hace en baja proporción, casi no aumenta. Este ligero aumento se puede dar porque puede haber apareamientos intracatenario de bases y a medida que se abre se produce un pequeño incremento en la absorbancia.

La Tm es un parámetro para caracterizar una muestra de ADN. Depende a su vez de varios parámetros, uno de los más importantes, que va a determinar cuál es la Tm de una muestra de ADN es el contenido de pares de bases C≡G. En el gráfico vemos que a mayor porcentaje de pares de bases C≡G, mayor es la Tm, porque C≡G forman tres puentes de hidrógeno, a diferencia del par A=T que sólo forma dos, por lo tanto, a mayor cantidad de pares de bases C≡G, mayor cantidad de puentes de hidrógenos, y esto hace que sea más difícil separar esas dos hebras de ADN, necesitando mayor energía (lo que provoca mayor Tm).

Tm depende de varios factores.

• Porcentaje de pares de bases C≡G.
•  Concentración de iones: normalmente, en las células, las moléculas de ADN se encuentran cargadas negativamente (por sus grupos fosfatos) y estas cargas están estabilizadas por iones de carga opuesta (cargas positivas), por ejemplo Mg²⁺ . En consecuencia si disminuye la fuerza iónica de la solución de ADN, disminuye la concentración de cargas positivas que estabilizan la molécula, aumentan las fuerzas de repulsión, y así esta estructura es menos estable.
• Presencia de agentes que desestabilizan las uniones puentes de hidrógeno: a veces según los protocolos de trabajo, es necesario usar urea y formaldehído, que son agentes que desestabilizan este tipo de interacciones, por lo cual también disminuye la Tm (es más fácil la apertura de la doble hélice).
• pH: las bases nitrogenadas, a pH ácido se pueden protonar, por lo cual va a haber repulsión. Lo mismo sucede a pH alcalino: a pH alcalino pierden protones y las cargas negativas van a repelerse entre sí desestabilizando la estructura.

Todos estos parámetros son importantes para considerar la Tm, por eso si medimos la Tm de una muestra in vitro tenemos que tener en cuenta cuál es la concentración de iones de la muestra, el pH, etc.

Renaturalización del ADN.

En condiciones apropiadas el ADN puede renaturalizarse.
El proceso de desnaturalización-renaturalización del ADN es lo que se conoce como hibridación de los ácidos nucleicos.
Esta es la base de muchas de las técnicas y metodologías del ADN recombinante. Estas técnicas son muy importantes en biología molecular porque permiten, por ejemplo:

• El estudio de la relación entre dos muestras de ADN.
• Detección y aislamiento de moléculas específicas de ADN en una muestra compleja → si tenemos una muestra compleja de ADN, para ver si hay una determinada secuencia de ADN podemos utilizar una secuencia complementaria marcada y ver si hibrida.

Estructura de los ácidos nucleicos.

La unión fosfodiéster se forma cuando polimerizan los nucleótidos para formar una hebra de ácido nucleico. El enlace fosfodiéster es un enlace del tipo covalente, asegurando así que la estructura sea realmente fuerte.
En la siguiente figura se muestran tres nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. En este caso hablamos de nucleótidos que forman parte de ADN porque el azúcar es una desoxiribosa (tiene un H en C2'):

El enlace fosfodiéster se forma por polimerización entre el OH en 3' de la pentosa con el      que está unido al OH en 5' de la pentosa.

La secuencia de nucleótidos en el ADN, esta estructura lineal, secuencial, de los nucleótidos que forman parte de la hebra del ácido nucleico se lo que se denomina estructura primaria (al igual que las proteínas, los ácidos nucleicos tienen una estructura primaria y estructuras de orden mayor).

Una característica de la estructura primaria de los ácidos nucleicos es la direccionalidad, es decir, siempre la síntesis de una hebra de ácido nucleico procede desde el extremo 5' hacia el extremo 3'. Estos dos extremos de la molécula son diferentes, es decir que la molécula presenta orientación química o polaridad.

Forma alternativa de esquematizar la hebra de ácidos nucleicos. Por convención se escriben siempre de izquierda a derecha, con el extremo 5' hacia la izquierda.

El ADN tiene una estructura de doble hélice. Esta estructura de doble hélice se describió por primera vez por Watson y Crick. El modelo que ellos plantearon se basó a su vez en evidencias experimentales.

Estas son dos maneras de representar la estructura de doble hélice de la molécula de ADN. (a) Modelo espacial. (b) Modelo de la estructura química.

Lo que se representa en la figura son dos hebras complementarias. Cada una de las bases nitrogenadas está apareada de manera complementaria con otra base nitrogenada de la hebra complementaria. Cada una de las hebras está representada por un color (una hebra es roja y su hebra complementaria es azul). Esto representa la estructura secundaria de la molécula de ADN. Esta estructura secundaria está estabilizada por uniones del tipo no covalentes. La principal interacción es el puente de hidrógeno que se forma entre las bases complementarias: A=T, C≡G.
El apareamiento de las bases nitrogenadas se las hebras se da debido al tamaño, a la forma y a la composición química de cada uno de estos anillos. Algunos tienen la capacidad de formar dos puentes de hidrógeno (A=T) y otros tres (C≡G). Las bases que se proyectan hacia el interior de la estructura están en un plano y muy próximas entre sí, por lo tanto, hay interacciones de van der Waals e interacciones hidrofóbicas que también estabilizan la estructura de doble hélice.
Todos estos tipos de enlaces no covalentes, que tienen baja energía de unión por sí solos, al haber tantas uniones de este tipo que estabilizan la estructura, hacen que esta estructura tenga una alta estabilidad.
La figura (a) representa un modelo espacial, se representa la topología de cada uno de los átomos que forman parte de esta estructura. Esta hélice tiene un giro hacia la derecha. Hacia el centro, lo que se ve en colores más claros, representan las bases nitrogenadas interactuando entre sí. Si observamos las estructuras externas, la topología de esta doble hélice presenta a cierto nivel hendiduras, denominadas surco mayor y surco menor. A nivel de estas hendiduras que se presentan en la parte externa de la molécula de ADN (en la doble hélice), esos sitios son el lugar donde las distintas enzimas y proteínas que tienen capacidad de unión al ADN se unen, allí pueden tomar contacto porque las bases nitrogenadas quedan accesibles para que se secuencia pueda ser, de alguna manera, leída por estas proteínas, por ejemplo, proteínas que intervienen en el proceso de transcripción.
Estas proteínas de unión al ADN, que interactúan a nivel de estos surcos mayor y menor son un ejemplo de complementariedad molecular.

Modelos de diversas estructuras de ADN conocidas.

El ADN B es la estructura que se encuentra en la mayoría de las células, la estructura que conocemos y la que nos interesa. Por cada giro hay aproximadamente 10 pares de bases (10 pb).

Otra forma alternativa del ADN es la forma del tipo A (ADN A) que es una molécula más compacta; hay aproximadamente 11 pares de bases por giro y a su vez, este esqueleto de azúcar-fosfato forma un ángulo menor con respecto al eje longitudinal de la molécula. Este tipo de estructura se ha encontrado no sólo in vitro sino también in vivo en la célula, por ejemplo en hélices formadas por ADN-ARN y en hélices formadas por ARN-ARN.

Por último, la estructura menos común es la estructura ADN Z. Es una hélice con giro hacia la izquierda. Aparentemente exisitiría en las células pero se desconoce su función, y se vió que este tipo de estructura la presentan moléculas cortas de ADN que son ricas en pares de bases A=T.

Flexibilidad de la molécula de ADN.

Una de las propiedades del ADN es que a pesar de su alta estabilidad se puede doblar a lo largo de su eje longitudinal. El ADN se dobla generalmente como resultado de su unión a proteínas.

En la figura vemos una molécula de ADN (doble hélice) unida a una proteína que se denomina proteína de unión a la caja TATA (TBP), que es una proteína (factor de transcripción) que se une a la secuencia promotora del ADN (esto se produce durante la transcripción). Esta modificación de la forma del ADN se produce también durante la compactación en la cromatina: el ADN se asocia con diversas clases de proteínas para formar una estructura compacta, con diferentes órdenes de compactación hasta llegar a la estructura más compacta que es el cromosoma.

Mecanismos genéticos moleculares básicos.

La información genética se encuentra codificada, en el caso de las células eucariontes, en el ADN nuclear y esa información presente en el ADN se decodifica mediante el proceso de transcripción a ARNm. En realidad lo que se obtiene mediante el proceso de transcripción en las células eucariontes es un pre ARNm o transcripto primario que luego es procesado para producir un ARNm funcional que ahora sí puede estar listo para transportarse al citoplasma que es donde ocurre el otro proceso fundamental para esta decodificación de la información genética que es la traducción (o síntesis de proteínas).
El camino: ADN→ARNm→Proteína, es lo que se conoce como dogma central de la biología, de manera muy simplificada porque también hay que tener en cuenta que en el ADN genómico están codificados además del ARNm dos otros ácidos nucleicos que son el ARNr y el ARNt los cuales son fundamentales para el proceso de traducción.
Por una parte hay que considerar que las proteínas además son reguladoras de todos estos procesos, tanto de la transcripción como de la traducción y del procesamiento; y por otra parte hay que tener en cuenta que en las células que se dividen, el ADN sufre un proceso de replicación, es decir, se duplica de manera muy fiel para asegurar que la progenie (las células descendientes de esa célula que se divide) reciba bien esa información genética.
En el esquema, también están presentes dos tipos de virus: ADN virus y ARN virus, porque estas partículas (los virus) utilizan la maquinaria celular para llevar a cabo sus funciones, y es por eso que se utilizan como modelos experimentales, herramientas experimentales, para estudiar algunos de estos procesos.

Los monómeros que se utilizan para la síntesis de ácidos nucleicos son los nucleótidos. Los nucleótidos están compuestos por una base nitrogenada y una pentosa con uno, dos o tres grupos fosfato en el C5' de la pentosa.

En el ADN la pentosa es una desoxiribosa, que a diferencia de la ribosa, tiene un H en C2' de la pentosa.