Dobre hélice

En bioloxía molecular, o termo dobre hélice refírese á estrutura formada por moléculas de ácidos nuicleicos bicatenarias como o ADN. A estrutura en dobre hélice dun complexo de ácido nucleico orixínase como consecuencia da súa estrutura secundaria, e é un compoñente fundamental para determinar a súa estrutura terciaria. James Watson publicou en 1968 o libro The Double Helix: A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA explicando ao gran público o descubrimento da estrutura da dobre hélice do ADN.

O polímero da dobre hélice do ADN mantense unido por medio de enlaces entre as bases nitroxenadas dos nucleótidos complementarias. No ADN B, que é a estrutura máis común da dobre hélice, descrita por Watson e Crick, esta é dextroxira e ten uns 10–10,5 nucleótidos por volta. A estrutura de dobre hélice do ADN forma un suco maior (máis profundo ou amplo) e un suco menor. Dada a diferenza de largura entre os dous tipos sucos, moitas proteínas que se unen ao ADN fano no suco maior.

 Historia 
O modelo de dobre hélice da estrutura do ADN publicárono por primeira vez na revista Nature James D. Watson e Francis Crick en 1953, (e as coordenadas X, Y, Z en 1954) baseándose nunha imaxe de difracción de raios X crucial do ADN etiquetada como "Foto 51", obtida polo equipo de Rosalind Franklin en 1952, seguida dunha imaxe do ADN máis clara obtida xunto con Raymond Gosling,http://www.nature.com/nature/dna50/franklingosling.pdf Maurice Wilkins, Alexander Stokes, e Herbert Wilson, xunto con información bioquímica e de apareamento de bases de Erwin Chargaff. O modelo previo era un ADN de tripla febra.

A determinación de que a estrutura do ADN era unha dobre hélice serviu para dilucidar o mecanismo de apareamento de bases polo cal a información xenética se almacena e copia nos organismos vivos e é considerado como un dos descubrimentos científicos máis importantes do século XX. Crick, Wilkins, e Watson compartiron o premio Nobel de Medicina de 1962 polas súas contribucións a este descubrimento. (Franklin, cuxos datos de difracción de raios X foran fundamentais, morrera en 1958, polo que non se lle puido dar o premio Nobel, que só se adoitaba dar a científicos vivos.)

 Hibridación de ácidos nucleicos 

A hibridación é o proceso de unión por apareamento de bases complementario de dúas moléculas de ácido nucleico para formar a dobre hélice. Denomínase "fusión" ao proceso polo cal a dobre hélice se separa en dúas febras independentes ao romperen as interaccións entre as febras (fundamentalmente enlaces de hidróxeno). Estes enlaces son febles e as febras poden separarse facilmente aplicando calor suave, encimas, ou forza física. A fusión ocorre preferentemente en certos puntos do ácido nucleico. As secuencias ricas en T e A funden máis facilmente que as rexións ricas en C e G. Estas características mecánicas aprovéitaas a célula para usar secuencias como TATA ao inicio de moitos xenes para axudar á ARN polimerase a separar as febras do ADN para facer a transcrición.

A separación das febras por quentamento suave, como o utilizado na PCR, é simple con tal que as moléculas teñan menos de 10.000 pares de bases (10 pares de quilobases ou 10 kbp). O entrelazado das febras de ADN fai que os segmentos longos sexan difíciles de separar. A célula evita este problema permitindo que os seus encimas separen (fundan) o ADN (helicases) traballen en conxunción coas topoisomerases, que poden cortar quimicamente a cadea de enlaces fosfodiéster dunha das febras para que poida rotar arredor da outra. As helicases desenrolan as febras para facilitar o avance dos encimas que len o ADN como as ADN polimerases.

 Xeometría dos pares de bases 
miniatura|450px|dereita|Xeometrías dos pares de bases.
Para cada par de bases, considerado en relación co seu predecesor, hai que considerar as xeometrías dos pares de bases indicadas na figura, que se caracterizan por 6 coordenadas.

Estes valores definen de forma precisa a localización e orientación no espazo de cada base ou par de bases nunha molécula de ácido nucleico en relación coa súa predecesora ao longo do eixe da hélice. Xuntos, caracterizan a estrutura helicoidal da molécula. En rexións do ADN ou ARN onde a estrutura "normal" está distorsionada, o cambio nestes valores pode utilizarse para describir dita distorsión.

 Xeometrías da hélice 
Crese que na natureza existen polo menos tres conformacións do ADN, chamadas ADN A, ADN B, e ADN Z. A forma "B" é a descrita por James D. Watson e Francis Crick e é a que predomina nas células. A súa hélice ten 23,7 Å de diámetro e unha lonxitude de 34 Å por cada secuencia de 10 pares de bases. A dobre hélice dá un xiro completo sobre o seu eixe cada 10,4-10,5 pares de bases en solución. Esta frecuencia de xiro (paso de rosca) depende en gran medida das forzas que cada base exerce sobre as súas veciñas da cadea.

O ADN A e o Z teñen diferenzas significativas na súa xeometría e dimensións con respecto ao ADN B, pero sempre forman estruturas helicoidais. A forma A probablemente aparece só en mostras deshidratadas de ADN, como as utilizadas en experimentos de cristalografía, e posiblemente en moléculas híbridas formadas por apareamento de febras de ADN e ARN. Os segmentos de ADN que as células metilaron con propósitos reguladores poden adoptar a xeometría Z, na cal as febras xiran arredor do eixe da hélice de forma oposta a como o fan no ADN A e ADN B, é dicir, o xiro é levoxiro. Hai tamén probas de que complexos proteína-ADN forman estruturas de tipo ADN Z.

Ademais dos ADN A, B e Z son posibles outras conformacións; entre as descritas ata agora están tamén as do ADN C, ADN E, L-ADN (forma enantiomérica do D-ADN), ADN P, ADN S etc. De feito, só as letras F, Q, U, V, e Y quedaban dispoñibles en 2011 para describir as novas estruturas do ADN que puidesen descubrirse no futuro. Algunhas destas formas foron creadas sinteticamente. Hai tamén formas de ADN de tripla hélice e formas cuádruplex como o cuádruplex G.

miniatura|dereita|250px|As estruturas dos ADN A, B, e Z.
miniatura|dereita|250px|O eixe da hélice dos ADN A, B, e Z.
+Características estruturais das tres principais formas do ADNAtributos de xeometríaADN AADN BADN ZSentido da hélice  dextroxira  dextroxira  levoxiraUnidade repetida  1 par de bases  1 par de bases  2 pares de basesRotación por par de bases  32,7°  34,3°  60°/2Pares de bases por xiro  11  10,5  12Inclinación dos pares de bases con respecto ao eixe  +19°  −1,2°  −9°Elevación (rise) por par de bases ao longo do eixe  2,3 Å (0.23 nm) 3,32 Å (0,332 nm) 3,8 Å (0,38 nm)Xiro da hélice  28,2 Å (2,82 nm) 33,2 Å (3,32 nm) 45,6 Å (4,56 nm)Torsión media da hélice (mean propeller twist)  +18°  +16°  0°Ángulo glicosilo (orientación dos substituíntes das bases con respecto dos residuos de azucres) anti  anti  C: anti, G: sin Pregamento do azucre (ring pucker)  C3'-endo  C2'-endo  C: C2'-endo,G: C2'-exoDiámetro  23 Å (2,3 nm) 20 Å (2,0 nm) 18 Å (1,8 nm)Fontes:

 Sucos do ADN 
miniatura|Sucos maior e menor do ADN. O suco menor é un sitio de unión para o colorante Hoechst 33258.

As dúas febras helicoidais do ADN forman unha serie de espazos entrantes. Pode trazarse outra dobre hélice seguindo estes espazos, ou sucos, que quedan entre as febras. Estes espazos baleiros son adxacentes aos pares de bases e poden proporcionar un sitio de unión para moléculas. Como as febras non están directamente en fronte unha da outra, os sucos son de tamaño desigual. Un dos sucos, chamado suco maior, ten unha largura de 22 Å e o outro, chamado suco menor, ten unha largura de 12 Å. A estreitura que presenta o suco menor significa que as beiras das bases son máis accesibles no suco maior. Como resultado, proteínas como os factores de transcrición que poden unirse a secuencias específicas no ADN de dobre febra, xeralmente fan contacto cos lados das bases expostas no suco maior. Esta situación varía en conformacións infrecuentes do ADN que se atopan na célula, pero os sucos maior e menor sempre se denominan así facendo referencia ás diferenzas de tamaño que se verían se o ADN adoptase a conformación B ordinaria.

 Formas non helicoidais 
Na década de 1970 foron considerados durante breve tempo modelos non helicoidais alternativos do ADN como unha solución potencial a certos problemas observados na replicación do ADN en plásmidos e na cromatina. Porén, estes modelos foron abandonados en favor do modelo en dobre hélice debido aos avances experimentais que houbo como a cristalografía de raios X de dúplex de ADN e posteriormente da partícula central do nucleosoma, e o descubrimento das topoisomerases, de modo que estes modelos non helicoidais non son aceptados actualmente na corrente científica predominante.

Os ácidos nucleicos monocatenarios non adoptan unha forma helicoidal.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 

 ADN tricatenario, ADN con 3 febras
 G-cuádruplex
 Nanotecnoloxía do ADN
 Modelos moleculares do ADN

Categoría:ADN
Categoría:Biofísica
Categoría:Hélices