Pares de bases Watson-Crick | charla quimica

Conceptos básicos

En este tutorial de bioquímica, aprendemos todo sobre los pares de bases de Watson y Crick, incluida su importancia, estructura y química, así como algunos pares de bases importantes que no son de Watson-Crick.

Temas cubiertos en otros artículos

¿Qué es el modelo de ADN de Watson-Crick?

En 1953, los bioquímicos james watson y Francis Crick publicaron el primer modelo de la doble hélice del ADN. Pudieron desarrollar este modelo ahora famoso a través de las imágenes de ADN realizadas por Maurice Wilkins y Rosalind Franklin utilizando cristalografía de rayos X. El modelo de Watson-Crick de la estructura del ADN correspondía específicamente al B-DNA, el tautómero de ADN más común, e incluía muchos detalles correctos:

  • Los fosfatos y azúcares apuntan hacia afuera mientras que las bases nitrogenadas permanecen emparejadas dentro de la hélice, dando como resultado una “escalera torcida”
  • La orientación antiparalela de las hebras (3′-5′ y 5′-3′)
  • La existencia de surcos mayores y menores.
  • El giro hacia la derecha, en el sentido de las agujas del reloj, del ADN

Con mucho, el detalle más innovador del modelo fue el emparejamiento de bases nitrogenadas, apropiadamente llamado emparejamiento de bases Watson-Crick. Considerado un elemento básico de la bioquímica del ADN, el emparejamiento de bases de Watson-Crick implica el emparejamiento de adeninas con timinas y guaninas con citosinas. O, como suelen memorizar los estudiantes de biología: A con T, G con C.

Por su trabajo, Watson y Crick compartieron el Premio Nobel de Fisiología y Medicina de 1962 con Maurice Wilkins. A Rosalind Franklin no se le atribuyó el premio de 1962 por su contribución.

La estructura de las bases nitrogenadas en pares de bases Watson-Crick

Las cuatro bases nitrogenadas del ADN se pueden dividir en dos grupos:

  • Pirimidinas: Timina y Citosina
  • Purinas: Adenina y Guanina

En química orgánica, la pirimidina es un anillo aromático similar al benceno con dos nitrógenos en las posiciones 1 y 3. Como derivados de la pirimidina, la timina y la citosina tienen sustituyentes únicos unidos a la estructura del anillo. La citosina tiene un grupo amino unido al carbono 4 y un carbonilo en el carbono 2. Por el contrario, la timina tiene dos carbonilos en los carbonos 2 y 4, así como un grupo metilo en el carbono 5. El uracilo, el equivalente de ARN de la timina, también cuenta como pirimidina. , con la misma estructura que la timina menos el metilo.

pirimidinas capaces de formar pares de bases watson-crick
uracilo capaz de formar pares de bases watson-crick

Por el contrario, la purina es un doble anillo aromático de nueve miembros que incluye cuatro heteroátomos de nitrógeno en las posiciones 1, 3, 7 y 9. La adenina y la guanina mantienen esta estructura básica pero tienen sustituyentes característicos. La adenina tiene un grupo amino unido al carbono 6. Sin embargo, la guanina tiene un amino unido al carbono 2 y un carbonilo en el carbono 6.

purinas capaces de formar pares de bases watson-crick

Para este elemento de su modelo, Watson y Crick tenían una pista clave en el reciente hallazgo de Erwin Chargaff de que la suma de purinas (adenina y guanina) siempre era igual a la suma de pirimidinas (timina y citosina) en cualquier tramo de ADN. A partir de esto, Watson y Crick descubrieron que ambas purinas tenían una pirimidina correspondiente con la que «encajan».

Par de bases Watson-Crick: adenina y timina

Watson y Crick observaron que la adenina y la timina tenían dos pares de grupos químicos capaces de formar enlaces de hidrógeno simultáneamente:

  • El amino de la adenina y el carbonilo de la citosina
  • El nitrógeno insaturado en el anillo de seis miembros de adenina y el nitrógeno saturado en el anillo de timina
par de bases adenina timina watson-crick

Par de bases de Watson-Crick: guanina y citosina

Watson y Crick observaron que la guanina y la citosina tenían tres pares de grupos químicos capaces de formar enlaces de hidrógeno simultáneamente:

  • El carbonilo de la guanina y el amino de la citosina.
  • El nitrógeno saturado en el anillo de seis miembros de guanina y el nitrógeno insaturado en el anillo de citosina
  • El amino de la guanina y el carbonilo de la citosina
par de bases de guanina y citosina watson-crick

Además, dado que el par guanina-citosina implica un enlace de hidrógeno adicional que el par adenina-timina, las hebras de ADN tienen una mayor afinidad entre sí con pares de guanina-citosina más altos o un contenido más alto de «GC». Un contenido más alto de GC, a su vez, aumenta la temperatura de «fusión» o «desnaturalización» requerida para separar las cadenas de ADN espontáneamente. Esto tiene implicaciones importantes para ciertas técnicas de laboratorio de biología molecular, como la PCR, que dependen de la separación de cadenas de ADN a temperaturas específicas.

Pares de bases no Watson-Crick

Aunque el ADN, y también el ARN, tienden a involucrar exclusivamente pares de bases de Watson-Crick, existen más pares de bases «no canónicos». Estos pares de bases alternativos se pueden encontrar en el ADN en condiciones ácidas o en ciertas estructuras de ARN.

Pares de bases de Hoogsteen

En el emparejamiento de bases de Hoogsteen, la guanina todavía se empareja con la citosina y la adenina todavía se empareja con la timina. Sin embargo, las bases de pirimidina, guanina y adenina, “invierten” 180° en relación con su orientación Watson-Crick. Los bioquímicos llaman a esta orientación «volteada» la confirmación sin, a diferencia de la orientación anti en el emparejamiento de bases Watson-Crick.

Entre la adenina y la timina, todavía se forman dos enlaces de hidrógeno entre los siguientes pares de grupos:

  • El grupo amino de la adenina y el carbonilo de la timina.
  • El nitrógeno insaturado en el anillo de cinco miembros de adenina y el nitrógeno saturado en el anillo de timina

Entre la guanina y la citosina, se forman dos enlaces de hidrógeno (en lugar de 3) entre los siguientes pares de grupos:

  • El carbonilo de la guanina y el amino de la citosina
  • El nitrógeno insaturado en el anillo de cinco miembros de guanina y el nitrógeno protonado en el anillo de timina
diferencias entre los pares de bases de hoogsteen y watson-crick

Aviso: en el par guanina-citosina, el nitrógeno del anillo de citosina debe protonarse para formar el enlace de hidrógeno necesario. Debido a esto, el emparejamiento de bases de Hoogsteen tiende a verse favorecido en pH bajos, mientras que el emparejamiento de bases de Watson-Crick predomina en pH neutros o altos.

Curiosamente, dado que los grupos de unión habituales de adenina y guanina permanecen sin emparejar, el ADN triplex es posible a través del emparejamiento de bases de Hoogsteen. Sin embargo, estas estructuras tienden a no formarse en la mayoría de las condiciones.

ADN tríplex de Hoogsteen

Pares de bases oscilantes

En la transcripción, las polimerasas de ARN se basan en el emparejamiento de bases de Watson-Crick para determinar el código de las hebras de ARNm. Sin embargo, en la traducción, lo que los bioquímicos llaman pares de bases “bamboleantes” también existen en la interacción entre el ARNm y el ARNt.
Curiosamente, el ARNt tiene una base de pirimidina alternativa llamada hipoxantina, que forma el nucleótido inosina.

hipoxantina, una pirimidina capaz de unirse a muchas otras bases nitrogenadas
Hipoxantina, la base nitrogenada que corresponde al nucleótido inosina.

La hipoxantina se asemeja a la guanina, menos el grupo amino. Funcionalmente, la hipoxantina forma dos enlaces de hidrógeno en pares de bases con uracilo, citosina y adenina. Estos enlaces de hidrógeno se forman específicamente a partir del carbonilo de la hipoxantina y el nitrógeno saturado.

Además de estos tres nuevos pares de bases con hipoxantina, la guanina también puede formar un par de bases oscilante con uracilo. Ambos enlaces de hidrógeno se forman entre sus carbonilos y nitrógenos saturados.

Estos pares de bases alternativos que no son de Watson-Crick permiten la redundancia del código genético. Cuando se colocan en la tercera posición del anticodón de ARNt, el uracilo, la guanina y la hipoxantina pueden unirse con múltiples bases posibles de ARNm.

Por ejemplo, el aminoacil-tRNA con un anticodón de UAI siempre tiene un aminoácido isoleucina. Debido al emparejamiento oscilante de la base de la hipoxantina, todos los codones de ARNm de AUC, AUA y AUU se unen a ella y, por lo tanto, todos codifican para la isoleucina en la proteína final.

Fuente del artículo

Deja un comentario