1.1.1. El modelo de la doble hélice

Además de regularidades numéricas, también se apreciaron regularidades estructurales en la molécula de ADN: mediante difracción de rayos X, la fisicoquímica británica Rosalind Franklin (1920-1958) y el físico neozelandés Maurice Wilkins (1916-2004) detectaron una pauta que se repetía cada 3,4 nm, esto es, a intervalos bastante mayores que la distancia de un nucleótido a otro (0,34 nm). La conclusión lógica era que la molécula de ADN adoptaba la forma de una hélice; sus vueltas en espiral formarían las unidades repetidas que se apreciaban con los rayos X.

Modelo de una doble hélice de ADN postulado por Watson y Crick. La estructura se repite a intervalos de 3,4 nm, que corresponden a diez pares de bases (fuente: ASH).

En 1953, el físico inglés Francis Harry Compton Crick (1916-2004) y el bioquímico estadounidense James Dewey Watson (n. 1928) reunieron estos y otros datos y con ellos elaboraron un modelo del ADN que marcaría un hito en la historia de la ciencia. Lo novedoso estribaba en representar al ADN no simplemente como una hélice, sino como una doble hélice (ilustración adjunta) en la que dos cadenas de polinucleótido se entrelazan una alrededor de la otra. Ambas hebras, cuyo exterior está dominado por un esqueleto donde alternan grupos fosforilo con restos de desoxirribosa, tienen orientación antiparalela: los enlaces 5’ → 3’ van en sentidos opuestos. Desde el armazón azúcar-fosfato se proyectan hacia el interior bases nitrogenadas, que se unen a bases de la hebra opuesta mediante enlaces de hidrógeno. Los pares de bases complementarias así formados se apilan como los peldaños de una escalera de caracol; la presencia de miles de estos enlaces en una molécula de ADN contribuye en buena medida a su estabilidad.

¿Qué pares de bases podrían ser complementarias? Dada la distancia entre ambas hebras, dos bases pirimidínicas (cada una con un anillo) se hallarían demasiado alejadas como para formar enlaces de hidrógeno. Por el contrario, dos bases púricas (con dos anillos cada una) se superpondrían. La única posibilidad es que se enfrenten una base púrica y otra pirimidínica, constituyendo así un “peldaño” de tres anillos. Como se explica en la ilustración siguiente, lo más habitual es que la adenina de una hebra forme dos enlaces de hidrógeno con la timina de la otra, y que la guanina forme tres con la citosina. Como consecuencia, cuanto más alta sea la proporción de pares G·C en el ADN mayor será la temperatura a la que habrá que calentarlo para romper los enlaces de hidrógeno y separar las hebras, proceso conocido como desnaturalización o “fusión” del ADN.

Entre A y C no se forman enlaces de hidrógeno, y entre G y T solo pueden formarse si la hélice sufre una distorsión local (flecha). Así, los únicos pares de bases que aparecen prácticamente siempre se corresponden con G•C y A•T (fuente: ASH).

Una característica añadida de la estructura de la molécula de ADN hasta ahora descrita, conocida ya en tiempos de Watson y Crick como forma B, es que si se mira por encima de su eje se verá que las dos hebras en espiral se alejan del observador girando en sentido horario, como se aprecia en la ilustración siguiente; por convenio, se dice que la doble hélice gira a la derecha, o que el enrollamiento es dextrógiro. También lo es el de la llamada forma A, en la que los pares de bases están inclinados, mientras que el de la forma Z es levógiro (esto es, gira a la izquierda); ambas formas son bastante menos comunes que la B. Y más extraña aún es la existencia, en algunos virus, de moléculas de ADN formadas por una sola hebra.

Algunas formas que puede presentar la doble hélice de ADN, vistas a lo largo del eje helicoidal (arriba) y lateralmente (abajo). En naranja se representa la dirección del “esqueleto” de cada molécula (fuente: ASH).

Hasta el momento hemos distinguido dos niveles estructurales en el ADN: la estructura primaria, que concierne a la secuencia de nucleótidos, y la estructura secundaria, que corresponde a la ordenación regular y estable que adoptan los nucleótidos y que está representada, por ejemplo, en el modelo de doble hélice visto en las ilustraciones anteriores. Como seguidamente veremos, el ADN está organizado de forma muy compleja en el núcleo de las células eucariotas (estructura terciaria).