Ver el código de «Ácido desoxirribonucleico»

{{Artículo destacado}}
{{redirige aquí|ADN}}
{{redirige aquí|DNA}}[[Archivo:Chromosome-es.svg|derecha|350px|miniatura|Ubicación y estructura del ADN en una [[célula eucariota]]. Durante la [[división celular]], el ADN se agrupa en [[cromosoma]]s. El resto del tiempo, se encuentra disperso en forma de [[cromatina]].]]
[[Archivo:DNA animation.gif|230px|miniaturadeimagen|derecha|Animación de parte de una estructura de ADN de doble hélice.]]

El '''ácido desoxirribonucleico''' —conocido por las siglas '''ADN'''— es un [[ácido nucleico]] que contiene las instrucciones [[genética]]s fundamentales para el [[Ontogenia|desarrollo]], funcionamiento y [[reproducción]] de todos los [[Ser vivo|seres vivos]]<ref>{{Cita libro|título=Genética de la emoción: El origen de la enfermedad|url=https://books.google.es/books?id=LtvRCgAAQBAJ&pg=PT33&dq=ADN+instrucciones+gen%C3%A9ticas&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwiXh7rl_vrkAhXox4UKHfREDHMQ6AEIMDAB#v=onepage&q=ADN%20instrucciones%20gen%C3%A9ticas&f=false|editorial=Penguin Random House Grupo Editorial España|fecha=4 de noviembre de 2015|fechaacceso=1 de octubre de 2019|isbn=9788490692066|idioma=es|nombre=Dr Antonio Alcalá|apellidos=Malavé}}</ref> y algunos [[virus]] (los [[virus ADN]]); también es responsable de la transmisión [[Herencia genética|hereditaria]].<ref>{{Cita web|url=https://www.cancer.gov/espanol/publicaciones/diccionarios/diccionario-genetica/def/adn|título=Diccionario de genética - ADN|fechaacceso=2023-10-21|fecha=2012-07-20|sitioweb=Instituto Nacional del Cáncer (Estados Unidos)|idioma=es}}</ref> La función principal de la [[molécula]] de ADN es el almacenamiento a largo plazo de [[información]] para construir otros componentes de las [[célula]]s, como las [[proteína]]s y las moléculas de [[ácido ribonucleico|ARN]]. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son llamados [[gene]]s, pero las otras secuencias de ADN tienen propósitos estructurales o toman parte en la regulación del uso de esta información genética.

Desde el punto de vista [[química|químico]], el ADN es un [[polímero]] de nucleótidos, es decir, un [[polinucleótido]].<ref>{{Cita libro|título=Identificación por ADN|url=https://books.google.es/books?id=jUogibUU7igC&pg=PA324&dq=ADN+es+un+pol%C3%ADmero&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwiwz8rH__rkAhWHy4UKHbUMAjcQ6AEIKTAA#v=onepage&q=ADN%20es%20un%20pol%C3%ADmero&f=false|editorial=Ediciones Jurídicas Cuyo|fecha=2000|fechaacceso=1 de octubre de 2019|isbn=9789875270145|idioma=es|nombre=Guillermo Cejas|apellidos=Mazzotta}}</ref> Cada [[nucleótido]], a su tiempo, está formado por un glúcido (la [[desoxirribosa]]), una [[base nitrogenada]] (que puede ser [[adenina]]→''A'', [[timina]]→''T'', [[citosina]]→''C'' o [[guanina]]→''G'') y un grupo [[fosfato]] (derivado del [[ácido fosfórico]]). Lo que distingue a un polinucleótido de otro es, entonces, la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando solo la secuencia de sus bases. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena es la que codifica la información genética, siguiendo el siguiente criterio de complementariedad: A‑T y G‑C. Esto se debe a que la [[adenina]] y la [[guanina]] son de mayor tamaño que la [[timina]] y la [[citosina]], por lo que este criterio permite cumplir una uniformidad. En los seres vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucleótidos, en la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexiones denominadas [[Enlace por puente de hidrógeno|puentes de hidrógeno]].<ref> Ferrer, Sergio. [https://web.archive.org/web/20130518231739/http://feelsynapsis.com/jof/001/index.html?pageNumber=118 «El verdadero sentido de la vida.»] ''Journal of Feelsynapsis'' (''JoF''). {{ISSN|2254-3651}}. 2011 (1): 119-127.</ref><ref>{{cita web|título=ácido desoxirribonucleico|url=https://dtme.ranm.es/buscador.aspx?NIVEL_BUS=3&LEMA_BUS=%C3%A1cido%20ribonucleico|obra=Real Academia Nacional de Medicina de España|idioma=castellano}}</ref>

Para que la información que contiene el ADN pueda ser utilizada por la maquinaria celular debe copiarse en primer lugar en unos trenes de nucleótidos, más cortos y con unas unidades diferentes, llamados [[Ácido ribonucleico|ARN]]. Las [[molécula]]s de ARN se copian exactamente del ADN mediante un proceso denominado [[transcripción genética|transcripción]]. Una vez procesadas en el [[núcleo celular]], las moléculas de ARN pueden salir al [[citoplasma]] para su utilización posterior. La información contenida en el ARN se interpreta usando el [[código genético]], que especifica la secuencia de los [[aminoácido]]s de las proteínas, según una correspondencia de un triplete de nucleótidos ([[codón]]) para cada aminoácido. Esto es, la información genética (esencialmente: qué proteínas se van a producir en cada momento del ciclo de vida de una célula) se halla codificada en las secuencias de nucleótidos del ADN y debe traducirse para poder funcionar. Tal traducción se realiza usando el código genético a modo de diccionario. El diccionario «secuencia de nucleótido-secuencia de aminoácidos» permite el ensamblado de largas cadenas de aminoácidos (las proteínas) en el citoplasma de la célula. Por ejemplo, en el caso de la secuencia de ADN indicada antes (''ATGCTAGCATCG...''), la ADN [[polimerasa]] utilizaría como molde la cadena complementaria de dicha secuencia de ADN (que sería ''TAC‑GAT‑CGT‑AGG‑...'') para transcribir una molécula de ARNm que se leería ''AUG‑CUA‑GCA‑UCG‑...''; el ARNm resultante, utilizando el código genético, se traduciría como la secuencia de aminoácidos [[metionina]]-[[leucina]]-[[ácido aspártico]]-[[arginina]]-...

Las secuencias de ADN que constituyen la unidad fundamental, física y funcional de la herencia se denominan [[gen]]es. Cada gen contiene una parte que se [[transcripción (genética)|transcribe]] a ARN y otra que se encarga de definir cuándo y dónde deben [[expresión génica|expresarse]]. La información contenida en los genes (genética) se emplea para generar ARN y [[proteína]]s, que son los componentes básicos de las células, los «ladrillos» que se utilizan para la construcción de los [[orgánulo|orgánulos u organelos celulares]], entre otras funciones.

Dentro de las células, el ADN está organizado en estructuras llamadas [[cromosoma]]s que, durante el [[ciclo celular]], se [[replicación de ADN|duplican]] antes de que la célula se [[división celular|divida]]. Los [[Eukaryota|organismos eucariotas]] (por ejemplo, [[animal]]es, [[Plantae|planta]]s y [[fungi|hongos]]) almacenan la mayor parte de su ADN dentro del [[núcleo celular]] y una mínima parte en [[orgánulo|elementos celulares]] llamados [[mitocondria]]s, y en los [[plasto]]s y los centros organizadores de [[microtúbulo]]s o [[centríolo]]s, en caso de tenerlos; los [[célula procariota|organismos procariotas]] ([[bacteria]]s y [[arquea]]s) lo almacenan en el [[citoplasma]] de la célula y, por último, los [[virus ADN]] lo hacen en el interior de la [[cápside vírica|cápside]] de naturaleza proteica. Existen multitud de proteínas, como por ejemplo las [[histona]]s y los [[factor de transcripción|factores de transcripción]], que se unen al ADN dotándolo de una estructura tridimensional determinada y regulando su expresión. Los [[factores de transcripción]] reconocen secuencias reguladoras del ADN y especifican la pauta de transcripción de los genes. El material genético completo de una dotación cromosómica se denomina [[genoma]] y, con pequeñas variaciones, es característico de cada [[especie]].

== Historia ==

{{AP|Historia de la genética}}
[[Archivo:Friedrich Miescher.jpg|miniatura|[[Friedrich Miescher]], biólogo y médico suizo (1844‑1895).]]

[[Archivo:Hendiduras mayor menor.png|miniatura]]
El ADN fue aislado por primera vez durante 1869, por el médico [[Suiza|suizo]] [[Friedrich Miescher]], mientras trabajaba en la [[Universidad de Tubinga]]. Miescher realizaba experimentos acerca de la composición química del [[pus]] de vendas [[cirugía|quirúrgicas]] desechadas cuando notó un precipitado de una sustancia desconocida que caracterizó químicamente más tarde.<ref>{{cita publicación|autor=Dahm, R. |título=Friedrich Miescher and the discovery of DNA | revista=Dev Biol |volumen=278 |número=2 | páginas=274-88 |año=2005 |pmid=15680349 |doi=10.1016/j.ydbio.2004.11.028 |issn = 0012-1606}}</ref><ref>http://www.terradaily.com/reports/Building_Life_On_Earth_999.html Dato del descubrimiento del ADN en terradaily.com</ref> Lo llamó ''nucleína'', debido a que lo había extraído a partir de núcleos celulares.<ref>{{cita publicación|autor=Dahm, R. |título=Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research| revista=Hum Genet |volumen=122 |número=2 | páginas=565-581|año=2008 |pmid=17901982}}</ref> Se necesitaron casi 70 años de investigación para poder identificar los [[#Componentes|componentes]] y la [[#Estructura|estructura]] de los ácidos nucleicos.

En 1919 [[Phoebus Levene]] identificó que un nucleótido está formado por una [[base nitrogenada]], un [[azúcar]] y un [[fosfato]].<ref>{{cita publicación |autor=Levene, P. |título=The structure of yeast nucleic acid |url=http://www.jbc.org/cgi/reprint/40/2/415 |revista=J Biol Chem |volumen=40 |número=2 |páginas=415-24 |año=1919 |fechaacceso=31 de julio de 2008 |fechaarchivo=29 de junio de 2009 |urlarchivo=https://web.archive.org/web/20090629031747/http://www.jbc.org/cgi/reprint/40/2/415 |deadurl=yes }}</ref> Levene sugirió que el ADN generaba una estructura con forma de [[solenoide]] (muelle) con unidades de nucleótidos unidos a través de los grupos fosfato. En 1930 Levene y su maestro [[Albrecht Kossel]] probaron que la nucleína de Miescher es un ácido desoxirribonucleico (ADN) formado por cuatro bases nitrogenadas ([[citosina]] (C), [[timina]] (T), [[adenina]] (A) y [[guanina]] (G), el azúcar desoxirribosa y un grupo fosfato, y que, en su [[#Estructura|estructura]] básica, el nucleótido está compuesto por un azúcar unido a la base y al fosfato.<ref name=Dhanda>{{cita libro|apellidos=Dhanda|nombre=J. S.|coautores=Shyam, S. Chauhan|título=Molecular Biology.|capítulo=Structural Levels of Nucleic Acids and Sequencing.|edición=Department of Biochemistry|editor=All India Institute of Medical Sciences|fecha=22-Feb-2008|ubicación=New Delhi – 110 029|url=http://nsdl.niscair.res.in/bitstream/123456789/574/3/NucleicAcidSeq.pdf|fechaacceso=7 de octubre de 2008|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20140303173926/http://nsdl.niscair.res.in/bitstream/123456789/574/3/NucleicAcidSeq.pdf|fechaarchivo=3 de marzo de 2014}} (Revisado el 7 de octubre de 2008).</ref> Sin embargo, Levene pensaba que la cadena era corta y que las bases se repetían en un orden fijo. En 1937 [[William Astbury]] produjo el primer patrón de [[difracción de rayos X]] que mostraba que el ADN tenía una estructura regular.<ref>{{cita publicación| autor=Astbury, W. |título=Nucleic acid | revista=Symp. SOC. Exp. Bbl |volumen=1 |número=66 |año=1947}}</ref>

[[Archivo:Maclyn McCarty with Francis Crick and James D Watson - 10.1371 journal.pbio.0030341.g001-O.jpg|izquierda|miniatura|Maclyn McCarty con [[Francis Crick]] y [[James D. Watson]].]]

La función biológica del ADN comenzó a dilucidarse en 1928, con una serie básica de experimentos de la genética moderna realizados por [[Frederick Griffith]], quien estaba trabajando con cepas «lisas» (S) o «rugosas» (R) de la bacteria ''[[Streptococcus pneumoniae|Pneumococcus]]'' (causante de la neumonía), según la presencia (S) o no (R) de una cápsula azucarada, que es la que confiere virulencia (véase también [[experimento de Griffith]]). La inyección de neumococos S vivos en ratones produce la muerte de estos, y Griffith observó que, si inyectaba ratones con neumococos R vivos o con neumococos S muertos por calor, los ratones no morían. Sin embargo, si inyectaba a la vez neumococos R vivos y neumococos S muertos, los ratones morían, y en su sangre se podían aislar neumococos S vivos. Como las bacterias muertas no pudieron haberse multiplicado dentro del ratón, Griffith razonó que debía producirse algún tipo de cambio o transformación de un tipo bacteriano a otro por medio de una transferencia de alguna sustancia activa, que denominó ''principio transformante''. Esta sustancia proporcionaba la capacidad a los neumococos R de producir una cápsula azucarada y transformarse así en virulentas. En los siguientes 15 años, estos experimentos iniciales se replicaron mezclando distintos tipos de cepas bacterianas muertas por el calor con otras vivas, tanto en ratones (''in vivo'') como en tubos de ensayo (''in vitro'').<ref>{{cita publicación|autor=Lorenz, M. G., Wackernagel, W. |título=Bacterial gene transfer by natural genetic transformation in the environment |revista=Microbiol. Rev. |volumen=58 |número=3 |páginas=563-602 |año=1994 |pmid=7968924 |url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=7968924}}</ref> La búsqueda del «factor transformante» que era capaz de hacer virulentas a cepas que inicialmente no lo eran continuó hasta 1944, año en el cual [[Oswald Avery]], [[Colin MacLeod]] y [[Maclyn McCarty]] realizaron un experimento hoy clásico. Estos investigadores extrajeron la fracción activa (el factor transformante) y, mediante análisis químicos, enzimáticos y [[Suero fisiológico|serológicos]], observaron que no contenía proteínas, ni lípidos no ligados, ni polisacáridos activos, sino que estaba constituido principalmente por «una forma viscosa de ácido desoxirribonucleico altamente polimerizado», es decir, ADN. El ADN extraído de las cepas bacterianas S muertas por el calor lo mezclaron ''in vitro'' con cepas R vivas: el resultado fue que se formaron colonias bacterianas S, por lo que se concluyó inequívocamente que el factor o principio transformante era el ADN.<ref>{{cita publicación|autor=Avery, O., MacLeod, C., McCarty, M. |título=Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types. Inductions of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type III | url=http://www.jem.org/cgi/reprint/149/2/297 | revista=J Exp Med |volumen=79 |número=2 | páginas=137-158 |año=1944}}</ref>

A pesar de que la identificación del ADN como principio transformante aún tardó varios años en ser universalmente aceptada, este descubrimiento fue decisivo en el conocimiento de la base molecular de la herencia, y constituye el nacimiento de la [[genética molecular]]. Finalmente, el papel exclusivo del ADN en la heredabilidad fue confirmado en 1952 mediante los experimentos de [[Alfred Hershey]] y [[Martha Chase]], en los cuales comprobaron que el [[fago T2]] transmitía su información genética en su ADN, pero no en su proteína<ref>{{cita publicación|autor=Hershey, A., Chase, M. |título=Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage | url=http://www.jgp.org/cgi/reprint/36/1/39.pdf | revista=J Gen Physiol |volumen=36 |número=1 | páginas=39-56 |año=1952 |pmid=12981234}}</ref> (véase también [[experimento de Hershey y Chase]]).

En cuanto a la caracterización química de la molécula, [[Chargaff]] realizó en 1940 algunos experimentos que le sirvieron para establecer las [[#Componentes|proporciones]] de las bases nitrogenadas en el ADN. Descubrió que las proporciones de purinas eran idénticas a las de pirimidinas, la «[[equimolecular]]idad» de las bases ([A]=[T], [G]=[C]) y el hecho de que la cantidad de G+C en una determinada molécula de ADN no siempre es igual a la cantidad de A+T y puede variar desde el 36 hasta el 70 por ciento del contenido total.<ref name=Dhanda /> Con toda esta información y junto con los datos de [[difracción de rayos X]] proporcionados por [[Rosalind Franklin]], [[James Dewey Watson|James Watson]] y [[Francis Crick]] propusieron en 1953 el modelo de la [[hélice doble]] de ADN para representar la [[#Estructura|estructura]] tridimensional del [[polímero]].<ref name=FWPUB>{{cita publicación| autor= Watson, J. D. y Crick, F. H. C. | pmid=13054692 | doi = 10.1038/171737a0 | url= http://www.nature.com/nature/dna50/watsoncrick.pdf | título=A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid | revista=Nature | volumen=171 | páginas=737-738 | fecha=1953 | fechaacceso=13 feb 2007}}</ref> En una serie de cinco artículos en el mismo número de ''[[Nature]]'' se publicó la evidencia experimental que apoyaba el modelo de Watson y Crick.<ref name=NatureDNA50>Nature Archives [http://www.nature.com/nature/dna50/archive.html Double Helix of DNA: 50 Years]</ref> De estos, el artículo de [[Rosalind Franklin|Franklin]] y [[Raymond Gosling]] fue la primera publicación con datos de difracción de rayos{{esd}}X que apoyaba el modelo de Watson y Crick,<ref name=NatFranGos>{{cita publicación| título=Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate. Franklin, R. y Gosling R. G.| revista=Nature | volumen= 171 | páginas= 740-741 | fecha=1953 | url=http://www.nature.com/nature/dna50/franklingosling.pdf | pmid=13054694 | doi= 10.1038/171740a0| autor=Franklin, R. E.}}</ref><ref>{{Cita web |url=http://osulibrary.oregonstate.edu/specialcollections/coll/pauling/dna/pictures/franklin-typeBphoto.html |título=Original X-ray diffraction image |fechaacceso=31 de julio de 2008 |fechaarchivo=30 de enero de 2009 |urlarchivo=https://web.archive.org/web/20090130111849/http://osulibrary.oregonstate.edu/specialcollections/coll/pauling/dna/pictures/franklin-typeBphoto.html |deadurl=yes }}</ref> y en ese mismo número de ''Nature'' también aparecía un artículo sobre la estructura del ADN de [[Maurice Wilkins]] y sus colaboradores.<ref name=NatWilk>{{cita publicación| título=Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids | autor= Wilkins, M. H. F., A. R. Stokes & H. R. Wilson | revista=Nature | volumen= 171 | páginas= 738-740 | fecha=1953 | url=http://www.nature.com/nature/dna50/wilkins.pdf| pmid=13054693 | doi=10.1038/171738a0}}</ref>

Watson, Crick y Wilkins recibieron conjuntamente, en 1962, después de la muerte de Rosalind Franklin, el [[Premio Nobel en Fisiología o Medicina]].<ref>[http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1962/ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962] Nobelprize.org (Revisado el 22 de diciembre de 2006..</ref> Sin embargo, el debate continúa sobre quién debería recibir crédito por el descubrimiento.<ref>{{cita publicación | título=The double helix and the 'wronged heroine' | autor=Maddox, Brenda | revista=Nature | volumen=421 | páginas=407-408 | fecha=23 de enero de 2003 | url=http://www.biomath.nyu.edu/index/course/hw_articles/nature4.pdf | pmid=12540909 | doi=10.1038/nature01399 | fechaacceso=31 de julio de 2008 | fechaarchivo=17 de octubre de 2016 | urlarchivo=https://web.archive.org/web/20161017011403/http://www.biomath.nyu.edu/index/course/hw_articles/nature4.pdf | deadurl=yes }}</ref>

== Propiedades físicas y químicas ==

[[Archivo:DNA chemical structure es-2008-08-01.svg|miniatura|250px| Estructura química del ADN: dos cadenas de nucleótidos conectadas mediante [[Enlace por puente de hidrógeno|puentes de hidrógeno]], que aparecen como líneas punteadas.]]

El ADN es un largo [[polímero]] formado por unidades repetitivas, los [[nucleótidos]].<ref name=Alberts>{{cita libro|apellidos=Alberts|nombre=Bruce|coautores=Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts y Peter Walters|título=Molecular Biology of the Cell; Fourth Edition|editorial=Garland Science|fecha=2002|ubicación=Nueva York y Londres|url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=mboc4.TOC&depth=2|isbn=0-8153-3218-1}}</ref><ref name="Butler">Butler, John M. (2001) ''Forensic DNA Typing'', Elsevier. pp. 14-15. {{ISBN|978-0-12-147951-0}}.</ref> Una doble cadena de ADN mide de 22 a 26 [[ángstrom]]s (2.2 a 2.6 [[nanómetro]]s) de ancho, y una unidad (un nucleótido) mide 3.3&nbsp;Å (0.33&nbsp;nm) de largo.<ref>{{cita publicación|autor=Mandelkern, M., Elias, J., Eden, D., Crothers, D. |título=The dimensions of DNA in solution |revista=J Mol Biol |volumen=152 |número=1 |páginas=153-61 |año=1981 |pmid=7338906}}</ref> Aunque cada unidad individual que se repite es muy pequeña, los polímeros de ADN pueden ser [[molécula]]s enormes que contienen millones de [[nucleótido]]s. Por ejemplo, el cromosoma humano más largo, el [[cromosoma 1|cromosoma número 1]], tiene aproximadamente 220 millones de [[par de bases|pares de bases]].<ref>{{cita publicación|autor=Gregory, S., ''et al.'' |título=The DNA sequence and biological annotation of human chromosome 1 |revista=Nature |volumen=441 |número=7091 |páginas=315-21 |año=2006 |pmid=16710414}}</ref>

En los [[ser vivo|seres vivos]], el ADN no suele existir como una molécula individual, sino como una pareja de moléculas estrechamente asociadas. Las dos cadenas de ADN se enroscan sobre sí mismas formando una especie de escalera de caracol, denominada «[[hélice doble]]». El modelo de estructura en doble hélice fue propuesto en 1953 por [[James Dewey Watson|James Watson]] y [[Francis Crick]] (el artículo «Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid» fue publicado el 25 de abril de 1953 en ''[[Nature]]''), después de obtener una imagen de la estructura de doble hélice gracias a la refracción por rayos{{esd}}X hecha por [[Raymond Gosling]].<ref name="due_credit">{{cite journal |title=Due credit |journal=Nature |volume=496 |issue=7445 |page=270 |date=2013-04-18 |doi=10.1038/496270a|pmid=23607133 }}</ref><ref>{{cite journal | author = Witkowski J | year = 2019 | title = The forgotten scientists who paved the way to the double helix | journal = Nature | volume = 568 | issue = 7752| pages = 308–309 | doi = 10.1038/d41586-019-01176-9 | bibcode = 2019Natur.568..308W  }}</ref> El éxito de este modelo radicaba en su consistencia con las propiedades físicas y químicas del ADN. El estudio mostraba, además, que la [[#Apareamiento de bases|complementariedad de bases]] podía ser relevante en su [[#Replicación del ADN|replicación]], y también la importancia de la secuencia de bases como portadora de información genética.<ref name=Watson>{{cita publicación|autor=Watson, J., Crick, F. |título=Molecular structure of nucleic acids; a structure for deoxyribose nucleic acid |url=http://profiles.nlm.nih.gov/SC/B/B/Y/W/_/scbbyw.pdf |revista=Nature |volumen=171 |número=4356 |páginas=737-8 |año=1953 |pmid=13054692}}</ref><ref>{{cita libro|autor=Andrew Bates|capítulo=DNA structure|título=DNA topology|url=https://archive.org/details/dnatopology0000bate|editorial=[[Oxford University Press]]|año=2005|isbn = 0-19-850655-4}}</ref><ref name="berg">Berg, J., Tymoczko, J. y Stryer, L. (2002) ''Biochemistry.'' W. H. Freeman and Company {{ISBN|0-7167-4955-6}}.</ref> Cada unidad que se repite, el nucleótido, contiene un segmento de la estructura de soporte (azúcar + fosfato), que mantiene la cadena unida, y una [[base nitrogenada|base]], que interacciona con la otra cadena de ADN en la hélice. En general, una base ligada a un azúcar se denomina [[nucleósido]] y una base ligada a un azúcar y a uno o más grupos fosfatos se denomina [[nucleótido]].

Cuando muchos nucleótidos están unidos, como ocurre en el ADN, el polímero resultante se denomina [[polinucleótido]].<ref name="IUPAC">{{Cita web|url=https://iupac.qmul.ac.uk/misc/naabb.html|título=IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature (CBN) - Abbreviations and Symbols for Nucleic Acids, Polynucleotides and their Constituents|fechaacceso=2024-08-22|sitioweb=iupac.qmul.ac.uk}}</ref>

=== Componentes ===

'''Estructura de soporte''':
La estructura de soporte de una hebra de [[ADN]] está formada por unidades alternas de grupos [[fosfato]] y [[carbohidrato|azúcar]] (desoxirribosa).<ref name="Ghosh">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12657780/|título=A glossary of DNA structures from A to Z|apellidos=Ghosh|nombre=Anirban|apellidos2=Bansal|nombre2=Manju|fecha=Abril de 2003|publicación=Acta Crystallographica. Section D, Biological Crystallography|volumen=59|número=Pt 4|páginas=620–626|fechaacceso=2024-08-22|issn=0907-4449|doi=10.1107/s0907444903003251|pmid=12657780}}</ref> El azúcar en el ADN es una pentosa, específicamente, la [[desoxirribosa]].

* '''[[Ácido fosfórico]]''':
[[Archivo:Phosphodiester Bond Diagram.svg|miniatura|250px|[[Enlace fosfodiéster]]. El [[grupo fosfato]] (PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>) une el [[carbono]] 5' del [[carbohidrato|azúcar]] de un [[nucleósido]] con el [[carbono]] 3' del siguiente.]]

:Su [[fórmula química]] es H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>. Cada [[nucleótido]] puede contener uno (monofosfato: [[AMP]]), dos (difosfato: [[ADP]]) o tres (trifosfato: [[Adenosín trifosfato|ATP]]) grupos de ácido fosfórico, aunque como monómeros constituyentes de los [[ácidos nucleicos]] solo aparecen como nucleósidos monofosfato.

* '''[[Desoxirribosa]]''':
:Es un [[monosacárido]] de 5 [[átomo]]s de [[carbono]] (una [[pentosa]]) derivado de la [[ribosa]], que es parte de la estructura de nucleótidos del ADN. Su fórmula química es C<sub>5</sub>H<sub>10</sub>O<sub>4</sub>. Una de las diferencias principales entre el [[ADN]] y el [[ARN]] es el [[carbohidrato|azúcar]], pues en el ARN la 2‑[[desoxirribosa]] del ADN es reemplazada por una [[pentosa]] alternativa, la [[ribosa]].<ref name=berg /><!--Las frases siguientes me parecen innecesarias: Además de que esta contiene toda la información genética que será transferida así de generación en generación. Por todo esto la desoxirribosa tiene una gran importancia en todo ser vivo existente. La información genética no se transfiere en la desoxirribosa pero sí es una parte fundamental de todo proceso de información genética ya que de éste se derivará la ribosa-->
:Las moléculas de azúcar se unen entre sí a través de grupos fosfato, que forman [[enlace fosfodiéster|enlaces fosfodiéster]]  entre los átomos de carbono tercero (3′, «tres prima») y quinto (5′, «cinco prima») de dos anillos adyacentes de azúcar. La formación de [[enlace covalente|enlace=]] asimétricos implica que cada hebra de ADN tiene una dirección. En una [[hélice doble]], la dirección de los [[nucleótido]]s en una hebra (3′&nbsp;→&nbsp;5′) es opuesta a la dirección en la otra hebra (5′&nbsp;→&nbsp;3′). Esta organización de las hebras de ADN se denomina ''antiparalela''; son cadenas paralelas, pero con direcciones opuestas. De la misma manera, los extremos asimétricos de las hebras de ADN se denominan [[direccionalidad#Extremo_5′|extremo 5′]] («cinco prima») y [[direccionalidad#Extremo_3'|extremo 3′]] («tres prima»), respectivamente.

* '''[[Base nitrogenada|Bases nitrogenadas]]''':
:Las cuatro bases nitrogenadas mayoritarias que se encuentran en el [[ADN]] son la [[adenina]] (A), la [[citosina]] (C), la [[guanina]] (G) y la [[timina]] (T). Cada una de estas cuatro bases está unida al armazón de azúcar-fosfato a través del azúcar para formar el nucleótido completo (base-azúcar-fosfato). Las bases son [[compuesto heterocíclico|compuestos heterocíclicos]] y [[aromaticidad|aromáticos]] con dos o más [[átomo]]s de [[nitrógeno]], y, dentro de las bases mayoritarias, se clasifican en dos grupos: las [[bases púricas]] o [[purina]]s (adenina y guanina), derivadas de la purina y formadas por dos anillos unidos entre sí, y las [[bases pirimidínicas]] o [[bases pirimídicas]] o [[pirimidina]]s (citosina y timina), derivadas de la pirimidina y con un solo anillo<!--he cambiado lo de que «adenina y guanina son compuestos heterocíclicos de cinco y seis miembros unidos denominados purinas, mientras que citosina y timina son anillos de seis miembros denominados pirimidinas», creo que queda mejor así-->.<ref name=berg /> En los ácidos nucleicos existe una quinta base pirimidínica, denominada [[uracilo]] (U), que normalmente ocupa el lugar de la timina en el [[ARN]] y difiere de esta en que carece de un grupo metilo en su anillo. El uracilo no se encuentra habitualmente en el ADN, solo aparece raramente como un producto residual de la degradación de la citosina por procesos de desaminación oxidativa.<!--he cambiado lo de que «adenina y guanina son compuestos heterocíclicos de cinco y seis miembros unidos denominados purinas, mientras que citosina y timina son anillos de seis miembros denominados pirimidinas»-->
[[Archivo:Timina.svg|miniatura|150px|'''Timina''': 2, 4-dioxo, 5-metilpirimidina.]]
:* [[Timina]]:
::En el [[código genético]] se representa con la letra '''T'''. Es un derivado pirimidínico con un [[grupo oxo]] en las posiciones 2 y 4, y un [[metil|grupo metil]] en la posición 5. Forma el [[nucleósido]] [[timidina]] (siempre desoxitimidina, ya que solo aparece en el ADN) y el [[nucleótido]] [[timidilato]] o timidina monofosfato (dTMP). En el ADN, la timina siempre se [[#Apareamiento de bases|empareja]] con la adenina de la cadena complementaria mediante 2 [[enlace de hidrógeno|puentes de hidrógeno]], '''T''' '''='''&nbsp;'''A'''. Su fórmula química es C<sub>5</sub>H<sub>6</sub>N<sub>2</sub>O<sub>2</sub> y su nomenclatura 2, 4‑dioxo, 5‑metilpirimidina.

[[Archivo:Citosina-es.svg|miniatura|izquierda|150px|'''Citosina''': 2-oxo, 4-aminopirimidina.]]

:* [[Citosina]]:
::En el código genético se representa con la letra '''C'''. Es un derivado pirimidínico, con un [[grupo amino]] en posición 4 y un grupo oxo en posición 2. Forma el [[nucleósido]] [[citidina]] ([[desoxicitidina]] en el ADN) y el [[nucleótido]] [[citidilato]] o (desoxi)citidina monofosfato (dCMP en el ADN, CMP en el ARN). La citosina siempre se [[#Apareamiento de bases|empareja]] en el ADN con la guanina de la cadena complementaria mediante un enlace triple, '''C≡G'''. Su fórmula química es C<sub>4</sub>H<sub>5</sub>N<sub>3</sub>O y su nomenclatura 2‑oxo, 4 aminopirimidina. Su [[masa molecular]] es de 111.1 [[unidad de masa atómica|unidades de masa atómica]]. La citosina se descubrió en 1894, al aislarla del tejido del [[timo]] de carnero.

[[Archivo:Adenina-es.svg|miniatura|150px|'''Adenina''': 6‑aminopurina.]]

:* [[Adenina]]:
::En el código genético se representa con la letra '''A'''. Es un derivado de la purina con un grupo amino en la posición 6. Forma el nucleósido [[adenosina]] (desoxiadenosina en el ADN) y el nucleótido [[adenilato]] o (desoxi)adenosina monofosfato (dAMP, AMP). En el ADN siempre se [[#Apareamiento de bases|empareja]] con la timina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrógeno, '''A''' '''='''&nbsp;'''T'''. Su fórmula química es C<sub>5</sub>H<sub>5</sub>N<sub>5</sub> y su nomenclatura 6‑aminopurina. La adenina, junto con la timina, fue descubierta en 1885 por el médico alemán [[Albrecht Kossel]].

[[Archivo:Guanina.svg|miniatura|izquierda|150px|'''Guanina''': 6‑oxo, 2‑aminopurina.]]

:* [[Guanina]]:
::En el código genético se representa con la letra '''G'''. Es un derivado púrico con un grupo oxo en la posición 6 y un grupo amino en la posición 2. Forma el nucleósido (desoxi)[[guanosina]] y el nucleótido [[guanilato]] o (desoxi)guanosina monofosfato (dGMP, GMP). La guanina siempre se [[#Apareamiento de bases|empareja]] en el ADN con la citosina de la cadena complementaria mediante tres enlaces de hidrógeno, '''G≡C'''. Su fórmula química es C<sub>5</sub>H<sub>5</sub>N<sub>5</sub>O y su nomenclatura 6‑oxo, 2‑aminopurina.

También existen otras bases nitrogenadas (las llamadas '''bases nitrogenadas minoritarias'''), derivadas de forma natural o sintética de alguna otra base mayoritaria. Lo son por ejemplo la [[hipoxantina]], relativamente abundante en el [[ARNt]], o la [[cafeína]], ambas derivadas de la adenina; otras, como el [[aciclovir]], derivadas de la guanina, son análogos sintéticos usados en terapia antivírica; otras, como una de las derivadas del uracilo, son antitumorales.

Las bases nitrogenadas tienen una serie de características que les confieren unas propiedades determinadas. Una característica importante es su carácter [[aromático]], consecuencia de la presencia en el anillo de dobles enlaces en posición conjugada. Ello les confiere la capacidad de absorber luz en la zona [[ultravioleta]] del [[espectro de frecuencias|espectro]] en torno a los 260&nbsp;[[nanómetro|nm]], lo cual puede aprovecharse para determinar el [[ley de Beer-Lambert|coeficiente de extinción]] del ADN y hallar la concentración existente de los ácidos nucleicos. Otra de sus características es que presentan [[tautomería]] o [[isomería]] de grupos funcionales, debido a que un átomo de [[hidrógeno]] unido a otro átomo puede migrar a una posición vecina; en las bases nitrogenadas se dan dos tipos de tautomerías: tautomería [[lactama]]-[[lactima]], donde el hidrógeno migra del nitrógeno al [[oxígeno]] del grupo oxo (forma lactama) y viceversa (forma lactima), y tautomería [[imina]]-[[amina]] primaria, donde el hidrógeno puede estar formando el grupo amina (forma amina primaria) o migrar al nitrógeno adyacente (forma imina). La adenina solamente puede presentar tautomería amina-imina, la timina y el uracilo muestran tautomería doble lactama-lactima, y la guanina y citosina pueden presentar ambas. Por otro lado, y aunque se trate de moléculas [[apolar]]es, las bases nitrogenadas presentan suficiente carácter [[Polarización electroquímica|polar]] como para establecer [[puentes de hidrógeno]], ya que tienen átomos muy [[electronegativo]]s (nitrógeno y oxígeno) que presentan carga parcial negativa, y átomos de hidrógeno con carga parcial positiva, de manera que se forman dipolos que permiten que se formen estos [[enlace por puente de hidrógeno|enlaces débiles]].

Se estima que el [[genoma humano]] [[haploide]] tiene alrededor de 3000 millones de pares de bases. Para indicar el tamaño de las moléculas de ADN se indica el número de pares de bases, y como derivados hay dos unidades de medida muy utilizadas, la [[kilobase]] (kb), que equivale a 1000 pares de bases, y la [[megabase]] (Mb), que equivale a un millón de pares de bases.

=== Apareamiento de bases ===

{{VT|Par de bases}}
[[Archivo:Base pair GC.svg|miniatura|Un par de bases '''C≡G''' con tres [[enlace de hidrógeno|puentes de hidrógeno]]]]
[[Archivo:Base pair AT.svg|miniatura|Un par '''A=T''' con dos puentes de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno se muestran como líneas discontinuas.]]

La hélice doble de ADN se mantiene estable mediante la formación de [[puente de hidrógeno|puentes de hidrógeno]] entre las bases asociadas a cada una de las dos hebras. Para la formación de un [[enlace de hidrógeno]] una de las bases debe presentar un «donador» de hidrógenos con un átomo de hidrógeno con carga parcial positiva (-NH<sub>2</sub> o -NH) y la otra base debe presentar un grupo «aceptor» de hidrógenos con un átomo cargado [[Electronegatividad|electronegativamente]] (C=O o N). Los puentes de hidrógeno son uniones más débiles que los típicos [[enlace (química)|enlaces químicos]] covalentes, como los que conectan los átomos en cada hebra de ADN, pero más fuertes que interacciones hidrófobas individuales, [[fuerzas de van der Waals|enlaces de Van der Waals]], etc.
Como los puentes de hidrógeno no son [[enlace covalente|enlaces covalentes]], pueden romperse y formarse de nuevo de forma relativamente sencilla. Por esta razón, las dos hebras de la doble hélice pueden separarse como una cremallera, bien por fuerza mecánica o por alta [[temperatura]].<ref>{{cita publicación|autor=Clausen-Schaumann, H., Rief, M., Tolksdorf, C., Gaub, H. |título=Mechanical stability of single DNA molecules |url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=1300792&blobtype=pdf |revista=Biophys J |volumen=78 |número=4 |páginas=1997-2007 |año=2000 |pmid=10733978}}</ref> La doble hélice se estabiliza además por el efecto [[hidrofóbico]] y el apilamiento, que no se ven influidos por la secuencia de bases del ADN.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7526075/|título=On the conformational stability of oligonucleotide duplexes and tRNA molecules|apellidos=Ponnuswamy|nombre=P. K.|apellidos2=Gromiha|nombre2=M. M.|fecha=1994-08-21|publicación=Journal of Theoretical Biology|volumen=169|número=4|páginas=419–432|fechaacceso=2024-08-22|issn=0022-5193|doi=10.1006/jtbi.1994.1163|pmid=7526075}}</ref>

Cada tipo de base en una hebra forma un enlace únicamente con un tipo de base en la otra hebra, lo que se denomina ''complementariedad de las bases''. Así, las purinas forman enlaces con las pirimidinas, de forma que A se enlaza solo con T, y C solo con G. La organización de dos nucleótidos apareados a lo largo de la doble hélice se denomina ''apareamiento de bases''. Este emparejamiento corresponde a la observación ya realizada por [[Erwin Chargaff]] (1905‑2002),<ref>[https://web.archive.org/web/20050515083436/http://www.amphilsoc.org/library/mole/c/chargaff.htm Erwin Chargaff Papers]</ref> que mostró que la cantidad de adenina era muy similar a la cantidad de timina, y que la cantidad de citosina era igual a la cantidad de guanina en el ADN. Como resultado de esta complementariedad, toda la información contenida en la secuencia de doble hebra de la hélice de ADN está duplicada en cada hebra, lo cual es fundamental durante el proceso de replicación del ADN. En efecto, esta interacción reversible y específica entre pares de bases complementarias es crítica para todas las funciones del ADN en los seres vivos.<ref name=Alberts />

Como se ha indicado [[#Componentes|anteriormente]], los dos tipos de pares de bases forman un número diferente de enlaces de hidrógeno: A=T forman dos puentes de hidrógeno, y C≡G forman tres puentes de hidrógeno (ver imágenes). El par de bases GC es por tanto más fuerte que el par de bases AT. Como consecuencia, tanto el porcentaje de pares de bases GC como la longitud total de la doble hélice de ADN determinan la fuerza de la asociación entre las dos hebras de ADN. Las dobles hélices largas de ADN con alto contenido en GC tienen hebras que interaccionan más fuertemente que las dobles hélices cortas con alto contenido en AT.<ref>{{cita publicación|autor=Chalikian, T., Völker, J., Plum, G., Breslauer, K. |título=A more unified picture for the thermodynamics of nucleic acid duplex melting: a characterization by calorimetric and volumetric techniques |url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=22151&blobtype=pdf |revista=Proc Natl Acad Sci U S A |volumen=96 |número=14 |páginas=7853-8 |año=1999 |pmid=10393911}}</ref> Por esta razón, las zonas de la doble hélice de ADN que necesitan separarse fácilmente tienden a tener un alto contenido en AT, como por ejemplo la secuencia TATAAT de la [[caja de Pribnow]] de algunos [[promotor del ADN|promotores]].<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7476180/|título=Open complex formation by Escherichia coli RNA polymerase: the mechanism of polymerase-induced strand separation of double helical DNA|apellidos=deHaseth|nombre=P. L.|apellidos2=Helmann|nombre2=J. D.|fecha=Junio de 1995|publicación=Molecular Microbiology|volumen=16|número=5|páginas=817–824|fechaacceso=2024-08-22|issn=0950-382X|doi=10.1111/j.1365-2958.1995.tb02309.x|pmid=7476180}}</ref> En el laboratorio, la fuerza de esta interacción puede medirse buscando la temperatura requerida para romper los puentes de hidrógeno, la [[temperatura de fusión (ADN)|temperatura de fusión]] (también denominado valor ''T<sub>m</sub>'', del inglés ''melting temperature''). Cuando todas las pares de bases en una doble hélice se funden, las hebras se separan en solución en dos hebras completamente independientes. Estas moléculas de ADN de hebra simple no tienen una única forma común, sino que algunas conformaciones son más estables que otras.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15609994/|título=Single-stranded adenine-rich DNA and RNA retain structural characteristics of their respective double-stranded conformations and show directional differences in stacking pattern|apellidos=Isaksson|nombre=J.|apellidos2=Acharya|nombre2=S.|fecha=2004-12-28|publicación=Biochemistry|volumen=43|número=51|páginas=15996–16010|fechaacceso=2024-08-22|issn=0006-2960|doi=10.1021/bi048221v|pmid=15609994|apellidos3=Barman|nombre3=J.|apellidos4=Cheruku|nombre4=P.|apellidos5=Chattopadhyaya|nombre5=J.}}</ref>

==== Otros tipos de pares de bases ====

[[Archivo:Par bases watson-crick-es.svg|miniatura|300px|Par de bases A=T de tipo '''Watson-Crick'''. En azul el «donador» de hidrógenos y en rojo el «aceptor».]]
[[Archivo:Par bases watson crick reverse-es.svg|miniatura|300px|Par de bases A=T de tipo '''Watson-Crick reverso'''. En azul el «donador» de hidrógenos y en rojo el «aceptor». Nótese que la pirimidina ha sufrido un giro de 180º sobre el eje del carbono 6.]]

Existen diferentes tipos de pares de bases que se pueden formar según el modo como se forman los puentes de hidrógeno. Los que se observan en la doble hélice de ADN son los llamados [[Par de bases Watson-Crick|pares de bases Watson-Crick]], pero también existen otros posibles pares de bases, como los denominados ''Hoogsteen'' y ''Wobble'' u oscilante, que pueden aparecer en circunstancias particulares. Además, para cada tipo existe a su vez el mismo par reverso, es decir, el que se da si se gira la base pirimidínica 180° sobre su eje.

* [[#Apareamiento de bases|Watson-Crick]] (pares de bases de la doble hélice): los grupos de la base púrica que intervienen en el enlace de hidrógeno son los que corresponden a las posiciones 1 y 6 (N aceptor y -NH<sub>2</sub> donador si la purina es una A) y los grupos de la base pirimidínica, los que se encuentran en las posiciones 3 y 4 (-NH donador y C=O aceptor si la pirimidina es una T). En el par de bases Watson-Crick reverso participarían los grupos de las posiciones 2 y 3 de la base pirimidínica (ver imágenes).

* [[Par de base Hoogsteen|Hoogsteen]]: en este caso cambian los grupos de la base púrica, que ofrece una cara diferente (posiciones 6 y 7) y que forman enlaces con los grupos de las pirimidinas de las posiciones 3 y 4 (como en Watson-Crick). También puede haber Hoogsteen reversos. Con este tipo de enlace pueden unirse A=U (Hoogsteen y Hoogsteen reverso) y A=C (Hoogsteen reverso).

* [[Par de base Wobble|Wobble]] u oscilante: este tipo de enlace permite que se unan guanina y timina con un enlace doble (G=T). La base púrica (G) forma enlace con los grupos de las posiciones 1 y 6 (como en Watson-Crick) y la pirimidina (T) con los grupos de las posiciones 2 y 3. Este tipo de enlace no funcionaría con A=C, ya que quedarían enfrentados los 2 «aceptores» y los 2 «donadores», y solo se podría dar en el caso inverso. Encontramos pares de bases de tipo oscilante en el ARN, durante el apareamiento de [[codón]] y [[anticodón]]. Con este tipo de enlace pueden unirse G=U (oscilante y oscilante reverso) y A=C (oscilante reverso).

En total, en su forma tautomérica mayoritaria, existen 28 posibles pares de bases nitrogenadas: 10 posibles pares de bases purina-pirimidina (2 pares Watson-Crick y 2 Watson Crick reverso, 1 par Hoogsteen y 2 pares Hoogsteen reverso, 1 par oscilante y 2 pares oscilante reverso), 7 pares homo purina-purina (A=A, G=G), 4 pares A=G y 7 pares pirimidina-pirimidina. Esto sin contar con los pares de bases que pueden formarse si también tenemos en cuenta las otras formas tautoméricas minoritarias de las bases nitrogenadas; estos, además, pueden ser responsables de [[mutación|mutaciones puntuales por sustitución]] de tipo [[transición (mutación ADN)|transición]].

=== Estructura ===

El ADN es una [[molécula]] bicatenaria, es decir, está formada por dos cadenas dispuestas de forma antiparalela y con las bases nitrogenadas enfrentadas. En su estructura tridimensional, se distinguen distintos niveles:<ref name="Hib">Hib, J. & De Robertis, E. D. P. 1998. ''Fundamentos de biología celular y molecular.'' El Ateneo, 3.ª edición, 416 páginas. {{ISBN|950-02-0372-3}}. {{ISBN|978-950-02-0372-2}}</ref><ref name="De Robertis">De Robertis, E. D. P. 1998. ''Biología celular y molecular''. El Ateneo, 617 páginas. {{ISBN|950-02-0364-2}}. {{ISBN|978-950-02-0364-7}}</ref>

; Estructura primaria
: Secuencia de [[#Componentes|nucleótidos]] encadenados. Es en estas cadenas donde se encuentra la información genética, y dado que el esqueleto es el mismo para todos, la diferencia de la información radica en la distinta secuencia de bases nitrogenadas. Esta secuencia presenta un código, que determina una información u otra, según el orden de las bases.
; Estructura secundaria
: Es una [[#Estructuras en doble hélice|estructura en doble hélice]]. Permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de duplicación del ADN. Fue postulada por Watson y Crick, basándose en la difracción de rayos X que habían realizado Franklin y Wilkins, y en la equivalencia de bases de Chargaff, según la cual la suma de adeninas más guaninas es igual a la suma de timinas más citosinas.
: Es una cadena doble, dextrógira o [[Enantiómero#Nomenclatura|levógira]], según el tipo de ADN. Ambas cadenas son complementarias, pues la adenina y la guanina de una cadena se unen, respectivamente, a la timina y la citosina de la otra. Ambas cadenas son antiparalelas, pues el extremo{{esd}}3´ de una se enfrenta al extremo{{esd}}5' de la homóloga.
: Existen tres modelos de ADN. El ADN de tipo B es el más abundante y es el que tiene la estructura descrita por Watson y Crick.
; Estructura terciaria
: Se refiere a cómo se almacena el ADN en un espacio reducido, para formar los [[nucleosoma]]s.<ref>{{Cita libro|título=Quinica Organica, 6th Ed, Carey, 2006: Organic Chemistry|url=https://books.google.es/books?id=4K5fDwAAQBAJ&pg=PA1195&dq=estructura+terciaria+del+adn+nucleosoma&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjoxLOE-MHlAhV7AGMBHd-gCpwQ6AEIKTAA#v=onepage&q=estructura%20terciaria%20del%20adn%20nucleosoma&f=false|editorial=Bukupedia|fecha=16 de junio de 2006|fechaacceso=29 de octubre de 2019|idioma=es|apellidos=McGraw-Hill}}</ref> Varía según se trate de seres [[procariota]]s o [[célula eucariota|eucariotas]]:
:# En [[procariota]]s el ADN se pliega como una súperhélice, generalmente en forma circular y asociada a una pequeña cantidad de proteínas. Lo mismo ocurre en [[orgánulo]]s celulares como las [[mitocondrias]] y en los [[cloroplastos]].
:# En [[célula eucariota|eucariotas]], dado que la cantidad de ADN de cada [[cromosoma]] es muy grande, el empaquetamiento ha de ser más complejo y compacto; para ello se necesita la presencia de proteínas, como las [[histona]]s y [[#Interacciones no-específicas|otras proteínas]] de naturaleza no histónica (en los [[espermatozoide]]s estas proteínas son las [[protamina]]s).<ref name="Hib" />
; Estructura cuaternaria
: La [[cromatina]] presente en el núcleo tiene un grosor de 300&nbsp;Å, pues la fibra de cromatina de 100&nbsp;Å se enrolla formando una fibra de cromatina de 300&nbsp;Å. El enrollamiento de los [[nucleosoma]]s recibe el nombre de solenoide. Dichos solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la [[célula eucariota]]. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando así los [[cromosoma]]s.

==== Estructuras en hélice doble ====

[[Archivo:A-DNA, B-DNA and Z-DNA.png|miniatura|De izquierda a derecha, las estructuras de ADN A, B y Z.]]{{AP|ADN-B|ADN-A|ADN-Z}}
El ADN existe en muchas conformaciones.<ref name=Ghosh /> Sin embargo, en organismos vivos solo se han observado las conformaciones [[ADN-A]], [[ADN-B]] y [[ADN-Z]]. La conformación que adopta el ADN depende de su secuencia, la cantidad y dirección de [[#Superenrrollamiento|superenrollamiento]] que presenta, la presencia de [[#Modificaciones químicas|modificaciones químicas]] en las bases y las condiciones de la solución, tales como la concentración de [[ion]]es de [[metal]]es y [[poliamina]]s.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2482766/|título=Recognition of Z-RNA and Z-DNA determinants by polyamines in solution: experimental and theoretical studies|apellidos=Basu|nombre=H. S.|apellidos2=Feuerstein|nombre2=B. G.|fecha=Octubre de 1988|publicación=Journal of Biomolecular Structure & Dynamics|volumen=6|número=2|páginas=299–309|fechaacceso=2024-08-22|issn=0739-1102|doi=10.1080/07391102.1988.10507714|pmid=2482766|apellidos3=Zarling|nombre3=D. A.|apellidos4=Shafer|nombre4=R. H.|apellidos5=Marton|nombre5=L. J.}}</ref> De las tres conformaciones, la forma «B» es la más común en las condiciones existentes en las células.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7441761/|título=Polymorphism of DNA double helices|apellidos=Leslie|nombre=A. G.|apellidos2=Arnott|nombre2=S.|fecha=1980-10-15|publicación=Journal of Molecular Biology|volumen=143|número=1|páginas=49–72|fechaacceso=2024-08-22|issn=0022-2836|doi=10.1016/0022-2836(80)90124-2|pmid=7441761|apellidos3=Chandrasekaran|nombre3=R.|apellidos4=Ratliff|nombre4=R. L.}}</ref> Las dos dobles hélices alternativas del ADN difieren en su geometría y dimensiones.

La forma «A» es una espiral que gira hacia la derecha, más amplia que la «B», con una hendidura menor superficial y más amplia, y una hendidura mayor más estrecha y profunda. La forma «A» ocurre en condiciones no fisiológicas en formas deshidratadas de ADN, mientras que en la célula puede producirse en apareamientos híbridos de hebras ADN‑ARN, además de en complejos enzima-ADN.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9097733/|título=Crystal structures of A-DNA duplexes|apellidos=Wahl|nombre=M. C.|apellidos2=Sundaralingam|nombre2=M.|fecha=1997|publicación=Biopolymers|volumen=44|número=1|páginas=45–63|fechaacceso=2024-08-22|issn=0006-3525|doi=10.1002/(SICI)1097-0282(1997)44:1<45::AID-BIP4>3.0.CO;2-#|pmid=9097733}}</ref><ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10891271/|título=A-form conformational motifs in ligand-bound DNA structures|apellidos=Lu|nombre=X. J.|apellidos2=Shakked|nombre2=Z.|fecha=2000-07-21|publicación=Journal of Molecular Biology|volumen=300|número=4|páginas=819–840|fechaacceso=2024-08-22|issn=0022-2836|doi=10.1006/jmbi.2000.3690|pmid=10891271|apellidos3=Olson|nombre3=W. K.}}</ref>

Los segmentos de ADN en los que las bases han sido modificadas por [[metilación]] pueden sufrir cambios conformacionales mayores y adoptar la forma «Z». En este caso, las hebras giran alrededor del eje de la hélice en una espiral que gira a mano izquierda, lo opuesto a la forma «B» más frecuente.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12086319/|título=DNA methylation and Z-DNA formation as mediators of quantitative differences in the expression of alleles|apellidos=Rothenburg|nombre=S.|apellidos2=Koch-Nolte|nombre2=F.|fecha=Diciembre de 2001|publicación=Immunological Reviews|volumen=184|páginas=286–298|fechaacceso=2024-08-22|issn=0105-2896|doi=10.1034/j.1600-065x.2001.1840125.x|pmid=12086319|apellidos3=Haag|nombre3=F.}}</ref> Estas estructuras poco frecuentes pueden ser reconocidas por proteínas específicas que se unen a ADN‑Z y posiblemente estén implicadas en la regulación de la [[transcripción genética|transcripción]].<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12486233/|título=Z-DNA-binding proteins can act as potent effectors of gene expression in vivo|apellidos=Oh|nombre=Doo-Byoung|apellidos2=Kim|nombre2=Yang-Gyun|fecha=2002-12-24|publicación=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|volumen=99|número=26|páginas=16666–16671|fechaacceso=2024-08-22|issn=0027-8424|doi=10.1073/pnas.262672699|pmid=12486233|apellidos3=Rich|nombre3=Alexander}}</ref>

==== Estructuras en cuádruplex ====

[[Archivo:Parallel telomere quadruple.png|miniatura|izquierda|300px|Estructura de un ADN en cuádruplex formada por repeticiones en los [[telómero]]s. La conformación de la estructura de soporte del ADN difiere significativamente de la típica estructura en hélice.<ref>[https://web.archive.org/web/20130607063640/http://ndbserver.rutgers.edu/atlas/xray/structures/U/ud0017/ud0017.html NDB UD0017]</ref>]]

En los extremos de los cromosomas lineales existen regiones especializadas de ADN denominadas [[telómero]]s. La función principal de estas regiones es permitir a la célula replicar los extremos cromosómicos utilizando la enzima [[telomerasa]], puesto que las enzimas que replican el resto del ADN no pueden copiar los extremos 3' de los cromosomas.<ref name="Greider">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3907856/|título=Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts|apellidos=Greider|nombre=C. W.|apellidos2=Blackburn|nombre2=E. H.|fecha=Diciembre de 1985|publicación=Cell|volumen=43|número=2 Pt 1|páginas=405–413|fechaacceso=2024-08-22|issn=0092-8674|doi=10.1016/0092-8674(85)90170-9|pmid=3907856}}</ref> Estas terminaciones cromosómicas especializadas también protegen los extremos del ADN, y evitan que los sistemas de [[reparación del ADN]] en la célula los procesen como ADN dañado que debe ser corregido.<ref name="Nugent">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9553037/|título=The telomerase reverse transcriptase: components and regulation|apellidos=Nugent|nombre=C. I.|apellidos2=Lundblad|nombre2=V.|fecha=1998-04-15|publicación=Genes & Development|volumen=12|número=8|páginas=1073–1085|fechaacceso=2024-08-22|issn=0890-9369|doi=10.1101/gad.12.8.1073|pmid=9553037}}</ref> En las células humanas, los telómeros son largas zonas de ADN de hebra sencilla que contienen algunos miles de repeticiones de una única secuencia TTAGGG.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9353250/|título=Normal human chromosomes have long G-rich telomeric overhangs at one end|apellidos=Wright|nombre=W. E.|apellidos2=Tesmer|nombre2=V. M.|fecha=1997-11-01|publicación=Genes & Development|volumen=11|número=21|páginas=2801–2809|fechaacceso=2024-08-22|issn=0890-9369|doi=10.1101/gad.11.21.2801|pmid=9353250|apellidos3=Huffman|nombre3=K. E.|apellidos4=Levene|nombre4=S. D.|apellidos5=Shay|nombre5=J. W.}}</ref>

Estas secuencias ricas en guanina pueden estabilizar los extremos cromosómicos mediante la formación de estructuras de juegos apilados de unidades de cuatro bases, en lugar de los pares de bases encontrados normalmente en otras estructuras de ADN. En este caso, cuatro bases guanina forman unidades con superficie plana que se apilan una sobre otra, para formar una estructura cuádruple-G estable.<ref name="Burge">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17012276/|título=Quadruplex DNA: sequence, topology and structure|apellidos=Burge|nombre=Sarah|apellidos2=Parkinson|nombre2=Gary N.|fecha=2006|publicación=Nucleic Acids Research|volumen=34|número=19|páginas=5402–5415|fechaacceso=2024-08-22|issn=1362-4962|doi=10.1093/nar/gkl655|pmc=1636468|pmid=17012276|apellidos3=Hazel|nombre3=Pascale|apellidos4=Todd|nombre4=Alan K.|apellidos5=Neidle|nombre5=Stephen}}</ref> Estas estructuras se estabilizan formando [[enlace de hidrógeno|puentes de hidrógeno]] entre los extremos de las bases y la [[agente quelante|quelatación]] de un metal iónico en el centro de cada unidad de cuatro bases.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12050675/|título=Crystal structure of parallel quadruplexes from human telomeric DNA|apellidos=Parkinson|nombre=Gary N.|apellidos2=Lee|nombre2=Michael P. H.|fecha=2002-06-20|publicación=Nature|volumen=417|número=6891|páginas=876–880|fechaacceso=2024-08-22|issn=0028-0836|doi=10.1038/nature755|pmid=12050675|apellidos3=Neidle|nombre3=Stephen}}</ref> También se pueden formar otras estructuras, con el juego central de cuatro bases procedente, o bien de una hebra sencilla plegada alrededor de las bases, o bien de varias hebras paralelas diferentes, de forma que cada una contribuye con una base a la estructura central.

Además de estas estructuras apiladas, los [[telómero]]s también forman largas estructuras en lazo, denominadas lazos teloméricos o lazos‑T (''T‑loops'' en inglés). En este caso, las hebras simples de ADN se enroscan sobre sí mismas en un amplio círculo estabilizado por proteínas que se unen a telómeros.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10338214/|título=Mammalian telomeres end in a large duplex loop|apellidos=Griffith|nombre=J. D.|apellidos2=Comeau|nombre2=L.|fecha=1999-05-14|publicación=Cell|volumen=97|número=4|páginas=503–514|fechaacceso=2024-08-22|issn=0092-8674|doi=10.1016/s0092-8674(00)80760-6|pmid=10338214|apellidos3=Rosenfield|nombre3=S.|apellidos4=Stansel|nombre4=R. M.|apellidos5=Bianchi|nombre5=A.|apellidos6=Moss|nombre6=H.|apellidos7=de Lange|nombre7=T.}}</ref> En el extremo del lazo T, el ADN telomérico de hebra sencilla se sujeta a una región de ADN de doble hebra porque la hebra de ADN telomérico altera la doble hélice y se aparea a una de las dos hebras. Esta estructura de triple hebra se denomina ''lazo de desplazamiento'' o ''lazo D'' (''D‑loop'').<ref name=Burge />

=== Hendiduras mayor y menor ===

[[Archivo:DNA orbit animated.gif|derecha|Animación de la estructura de una sección de ADN. Las bases se encuentran horizontalmente entre las dos hebras en espiral. [[:Archivo:DNA orbit animated.gif|Versión ampliada]]<ref>Created from [http://www.rcsb.org/pdb/cgi/explore.cgi?pdbId=1D65 PDB 1D65] {{Wayback|url=http://www.rcsb.org/pdb/cgi/explore.cgi?pdbId=1D65 |date=20080928112201 }}</ref>]]

[[Archivo:Levo dextro.svg|izquierda|miniatura|Doble hélice: a) Dextrógira, b) Levógira.]]

La [[hélice doble]] es una espiral [[regla de la mano derecha|dextrógira]], esto es, cada una de las cadenas de [[nucleótido]]s gira a la derecha; esto puede verificarse si nos fijamos, yendo de abajo arriba, en la dirección que siguen los segmentos de las hebras que quedan en primer plano. Si las dos hebras giran a derechas se dice que la doble hélice es dextrógira, y si giran a izquierdas, [[Regla de la mano izquierda|levógira]] (esta forma puede aparecer en hélices alternativas debido a cambios conformacionales en el ADN). Pero en la conformación más común que adopta el ADN, la doble hélice es dextrógira, girando cada par de bases respecto al anterior unos 36º.<ref name="WatsonC6">{{cita libro|autor=Watson, J. D.|coautores=Baker, T. A.; Bell, S. P.; Gann, A.; Levine, M. y Losick, R|título=6. Las estructuras del DNA y el RNA|obra=Biología Molecular del Gen (5ª Ed.)|año=2006|editorial=Madrid: Médica Panamericana|isbn=84-7903-505-6}}</ref>

Cuando las dos hebras de ADN se enrollan una sobre la otra (sea a derechas o a izquierdas), se forman huecos o hendiduras entre una hebra y la otra, dejando expuestos los laterales de las [[bases nitrogenadas]] del interior (ver la animación). En la conformación más común que adopta el ADN aparecen, como consecuencia de los ángulos formados entre los [[desoxirribosa|azúcares]] de ambas cadenas de cada par de bases nitrogenadas, dos tipos de hendiduras alrededor de la superficie de la doble hélice: una de ellas, la hendidura o surco mayor, que mide 22&nbsp;[[Ángstrom|Å]] (2.2&nbsp;[[nm]]) de ancho, y la otra, la hendidura o surco menor, que mide 12&nbsp;Å (1.2&nbsp;nm) de ancho.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7432492/|título=Crystal structure analysis of a complete turn of B-DNA|apellidos=Wing|nombre=R.|apellidos2=Drew|nombre2=H.|fecha=1980-10-23|publicación=Nature|volumen=287|número=5784|páginas=755–758|fechaacceso=2024-08-22|issn=0028-0836|doi=10.1038/287755a0|pmid=7432492|apellidos3=Takano|nombre3=T.|apellidos4=Broka|nombre4=C.|apellidos5=Tanaka|nombre5=S.|apellidos6=Itakura|nombre6=K.|apellidos7=Dickerson|nombre7=R. E.}}</ref> Cada vuelta de hélice, que es cuando esta ha realizado un giro de 360° o lo que es lo mismo, de principio de hendidura mayor a final de hendidura menor, medirá por tanto 34&nbsp;Å, y en cada una de esas vueltas hay unos 10.5&nbsp;[[par de bases|pb]].

[[Archivo:Hendiduras mayor menor.png|izquierda|300px|miniatura|Hendiduras mayor y menor de la doble hélice]]

La anchura de la hendidura mayor implica que los extremos de las bases son más accesibles en esta, de forma que la cantidad de grupos químicos expuestos también es mayor lo cual facilita la diferenciación entre los pares de bases A‑T, T‑A, C‑G, G‑C. Como consecuencia de ello, también se verá facilitado el reconocimiento de secuencias de ADN por parte de diferentes [[proteína]]s sin la necesidad de abrir la doble hélice. Así, proteínas como los [[factor de transcripción|factores de transcripción]] que pueden unirse a secuencias específicas, frecuentemente contactan con los laterales de las bases expuestos en la hendidura mayor.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/6236744/|título=Protein-DNA recognition|apellidos=Pabo|nombre=C. O.|apellidos2=Sauer|nombre2=R. T.|fecha=1984|publicación=Annual Review of Biochemistry|volumen=53|páginas=293–321|fechaacceso=2024-08-22|issn=0066-4154|doi=10.1146/annurev.bi.53.070184.001453|pmid=6236744}}</ref> Por el contrario, los grupos químicos que quedan expuestos en la hendidura menor son similares, de forma que el reconocimiento de los pares de bases es más difícil; por ello se dice que la hendidura mayor contiene más información que la hendidura menor.<ref name="WatsonC6" />

=== Sentido y antisentido ===

{{AP|Antisentido}}

Una secuencia de ADN se denomina «sentido» si su secuencia es la misma que la secuencia de un [[ARN mensajero]] que se traduce en una proteína. La secuencia de la hebra de ADN complementaria se denomina «antisentido» (''antisense''). En ambas hebras de ADN de la doble hélice pueden existir tanto secuencias «sentido», que codifican ARNm, como «antisentido», que no lo codifican. Es decir, las secuencias que codifican ARNm no están todas presentes en una sola de las hebras, sino repartidas entre las dos hebras. Tanto en [[procariota]]s como en [[Célula eucariota|eucariotas]] se producen ARN con secuencias antisentido, pero la función de esos ARN no está completamente clara.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15851066/|título=Non-coding RNAs: hope or hype?|apellidos=Hüttenhofer|nombre=Alexander|apellidos2=Schattner|nombre2=Peter|fecha=Mayo de 2005|publicación=Trends in genetics: TIG|volumen=21|número=5|páginas=289–297|fechaacceso=2024-08-23|issn=0168-9525|doi=10.1016/j.tig.2005.03.007|pmid=15851066|apellidos3=Polacek|nombre3=Norbert}}</ref> Se ha propuesto que los ARN ''antisentido'' están implicados en la regulación de la [[expresión génica]] mediante apareamiento ARN‑ARN: los ARN [[antisentido]] se aparearían con los ARNm complementarios, bloqueando de esta forma su [[traducción (genética)|traducción]].<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15389973/|título=Diversity of antisense regulation in eukaryotes: multiple mechanisms, emerging patterns|apellidos=Munroe|nombre=Stephen H.|fecha=2004-11-01|publicación=Journal of Cellular Biochemistry|volumen=93|número=4|páginas=664–671|fechaacceso=2024-08-23|issn=0730-2312|doi=10.1002/jcb.20252|pmid=15389973}}</ref>

En unas pocas secuencias de ADN en procariotas y eucariotas —este hecho es más frecuente en [[plásmido]]s y [[virus]]—, la distinción entre hebras ''sentido'' y ''antisentido'' es más difusa, debido a que presentan genes superpuestos.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15680581/|título=Overlapping genes in vertebrate genomes|apellidos=Makalowska|nombre=Izabela|apellidos2=Lin|nombre2=Chiao-Feng|fecha=Febrero de 2005|publicación=Computational Biology and Chemistry|volumen=29|número=1|páginas=1–12|fechaacceso=2024-08-23|issn=1476-9271|doi=10.1016/j.compbiolchem.2004.12.006|pmid=15680581|apellidos3=Makalowski|nombre3=Wojciech}}</ref> En estos casos, algunas secuencias de ADN tienen una función doble, codificando una proteína cuando se lee a lo largo de una hebra, y una segunda proteína cuando se lee en la dirección contraria a lo largo de la otra hebra. En [[bacteria]]s, esta superposición puede estar involucrada en la regulación de la [[Transcripción genética|transcripción]] del gen,<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15520290/|título=Properties of overlapping genes are conserved across microbial genomes|apellidos=Johnson|nombre=Zackary I.|apellidos2=Chisholm|nombre2=Sallie W.|fecha=Noviembre de 2004|publicación=Genome Research|volumen=14|número=11|páginas=2268–2272|fechaacceso=2024-08-23|issn=1088-9051|doi=10.1101/gr.2433104|pmid=15520290}}</ref> mientras que en virus los genes superpuestos aumentan la cantidad de información que puede codificarse en sus diminutos genomas.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/1771674/|título=Diversity of coding strategies in influenza viruses|apellidos=Lamb|nombre=R. A.|apellidos2=Horvath|nombre2=C. M.|fecha=Agosto de 1991|publicación=Trends in genetics: TIG|volumen=7|número=8|páginas=261–266|fechaacceso=2024-08-23|issn=0168-9525|doi=10.1016/0168-9525(91)90326-L|pmc=7173306|pmid=1771674}}</ref>

=== Superenrollamiento ===

[[Archivo:Linear DNA Supercoiling-es.svg|400px|miniatura|Estructura de moléculas de ADN lineales con los extremos fijos y superenrolladas. Por claridad, se ha omitido la estructura en hélice del ADN.]]
El ADN puede retorcerse como una cuerda en un proceso denominado: [[ADN superenrollado|superenrollamiento de ADN]]. Cuando el ADN está en un estado «relajado», una hebra normalmente gira alrededor del eje de la doble hélice una vez cada 10.4 pares de bases, pero si el ADN está retorcido las hebras pueden estar unidas más estrechamente o más relajadamente.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16004565/|título=DNA mechanics|apellidos=Benham|nombre=Craig J.|apellidos2=Mielke|nombre2=Steven P.|fecha=2005|publicación=Annual Review of Biomedical Engineering|volumen=7|páginas=21–53|fechaacceso=2024-08-23|issn=1523-9829|doi=10.1146/annurev.bioeng.6.062403.132016|pmid=16004565}}</ref> Si el ADN está retorcido en la dirección de la hélice, se dice que el superenrollamiento es positivo, y las bases se mantienen juntas de forma más estrecha. Si el ADN se retuerce en la dirección opuesta, el superenrollamiento se llama negativo, y las bases se alejan. En la naturaleza, la mayor parte del ADN tiene un ligero superenrollamiento negativo que es producido por [[enzima]]s denominadas [[topoisomerasa]]s.<ref name="Champoux">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11395412/|título=DNA topoisomerases: structure, function, and mechanism|apellidos=Champoux|nombre=J. J.|fecha=2001|publicación=Annual Review of Biochemistry|volumen=70|páginas=369–413|fechaacceso=2024-08-23|issn=0066-4154|doi=10.1146/annurev.biochem.70.1.369|pmid=11395412}}</ref> Estas enzimas también son necesarias para liberar las fuerzas de torsión introducidas en las hebras de ADN durante procesos como la [[Transcripción genética|transcripción]] y la [[Replicación de ADN|replicación]].<ref name="Wang">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12042765/|título=Cellular roles of DNA topoisomerases: a molecular perspective|apellidos=Wang|nombre=James C.|fecha=Junio de 2002|publicación=Nature Reviews. Molecular Cell Biology|volumen=3|número=6|páginas=430–440|fechaacceso=2024-08-23|issn=1471-0072|doi=10.1038/nrm831|pmid=12042765}}</ref>

== Modificaciones químicas ==

<div class="thumb tright" style="background-color: #f9f9f9; border: 1px solid #CCCCCC; margin:0.5em;">
{|border="0" width=300 border="0" cellpadding="2" cellspacing="0" style="font-size: 85%; border: 1px solid #CCCCCC; margin: 0.3em;"
|[[Archivo:Cytosin.svg|75px]]
|[[Archivo:5-Methylcytosine.svg|95px]]
|[[Archivo:Thymin.svg|97px]]
|-
|align=center|[[citosina]]
|align=center|[[5-metil-citosina|5‑metil‑citosina]]
|align=center|[[timina]]
|}
<div style="border: none; width:300px;font-size: 85%;"><div class="thumbcaption">Estructura de la citosina con y sin el grupo [[metilo]]. Tras la des[[amina]]ción, la 5‑metil‑citosina tiene la misma estructura que la timina.</div></div></div>

=== Modificaciones de bases del ADN ===

{{VT|Metilación}}
La expresión de los genes está influenciada por la forma en la que el ADN está empaquetado en cromosomas, en una estructura denominada [[cromatina]]. Las modificaciones de bases pueden estar implicadas en el empaquetamiento del ADN: las regiones que presentan una expresión génica baja o nula normalmente contienen niveles altos de [[metilación]] de las bases [[citosina]]. Por ejemplo, la metilación de citosina produce 5‑metil‑citosina, que es importante para la inactivación del [[cromosoma X]].<ref>{{cita publicación|autor=Klose, R., Bird, A. |título=Genomic DNA methylation: the mark and its mediators | revista=Trends Biochem Sci |volumen=31 |número=2 | páginas=89-97 |año=2006 |pmid=16403636 |doi=10.1016/j.tibs.2005.12.008}}</ref> El nivel medio de metilación varía entre organismos: el gusano ''[[Caenorhabditis elegans]]'' carece de metilación de citosina, mientras que los [[vertebrado]]s presentan un nivel alto —hasta 1&nbsp;%— de su ADN contiene 5‑metil‑citosina.<ref>{{cita publicación|autor=Bird, A. |título=DNA methylation patterns and epigenetic memory | revista=Genes Dev |volumen=16 |número=1 | páginas=6-21 |año=2002 |pmid=11782440 |doi=10.1101/gad.947102}}</ref> A pesar de la importancia de la 5‑metil‑citosina, esta puede des[[amina]]rse para generar una base timina. Las citosinas metiladas son por tanto particularmente sensibles a [[mutación|mutaciones]].<ref>{{cita publicación|autor=Walsh, C., Xu, G. |título=Cytosine methylation and DNA repair | revista=Curr Top Microbiol Immunol |volumen=301 |número=| páginas=283-315 |año=2006|pmid=16570853 |doi=10.1007/3-540-31390-7_11}}</ref> Otras modificaciones de bases incluyen la metilación de [[adenina]] en [[bacteria]]s y la [[glicosilación]] de [[uracilo]] para producir la «base‑J» en [[kinetoplasto]]s.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16479578/|título=N6-methyladenine: the other methylated base of DNA|apellidos=Ratel|nombre=David|apellidos2=Ravanat|nombre2=Jean-Luc|fecha=Marzo de 2006|publicación=BioEssays: News and Reviews in Molecular, Cellular and Developmental Biology|volumen=28|número=3|páginas=309–315|fechaacceso=2024-08-23|issn=0265-9247|doi=10.1002/bies.20342|pmc=2754416|pmid=16479578|apellidos3=Berger|nombre3=François|apellidos4=Wion|nombre4=Didier}}</ref><ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8261512/|título=beta-D-glucosyl-hydroxymethyluracil: a novel modified base present in the DNA of the parasitic protozoan T. brucei|apellidos=Gommers-Ampt|nombre=J. H.|apellidos2=Van Leeuwen|nombre2=F.|fecha=1993-12-17|publicación=Cell|volumen=75|número=6|páginas=1129–1136|fechaacceso=2024-08-23|issn=0092-8674|doi=10.1016/0092-8674(93)90322-h|pmid=8261512|apellidos3=de Beer|nombre3=A. L.|apellidos4=Vliegenthart|nombre4=J. F.|apellidos5=Dizdaroglu|nombre5=M.|apellidos6=Kowalak|nombre6=J. A.|apellidos7=Crain|nombre7=P. F.|apellidos8=Borst|nombre8=P.}}</ref>

=== Daño del ADN ===

{{VT|Mutación}}

[[Archivo:Benzopyrene DNA adduct 1JDG.png|miniatura|Molécula de [[benzopireno]], mutágeno presente por ejemplo en el humo del [[tabaco]], ligada a una hélice de ADN.<ref>Creado a partir de: [http://www.rcsb.org/pdb/cgi/explore.cgi?pdbId=1JDG PDB 1JDG]</ref>]]
El ADN puede resultar dañado por muchos tipos de [[mutágeno]]s, que cambian la secuencia del ADN: [[Alquilo|agentes alquilantes]], además de [[radiación electromagnética]] de alta energía, como luz [[ultravioleta]] y [[rayos X]]. El tipo de daño producido en el ADN depende del tipo de mutágeno. Por ejemplo, la luz UV puede dañar al ADN produciendo dímeros de [[timina]], que se forman por ligamiento cruzado entre bases [[pirimidina|pirimidínicas]].<ref>{{cita publicación|autor=Douki, T., Reynaud-Angelin, A., Cadet, J., Sage, E. |título=Bipyrimidine photoproducts rather than oxidative lesions are the main type of DNA damage involved in the genotoxic effect of solar UVA radiation | revista=Biochemistry |volumen=42 |número=30 | páginas=9221-6 |año=2003 |pmid=12885257 | doi = 10.1021/bi034593c <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}},</ref> Por otro lado, oxidantes tales como [[Radical (química)|radicales libres]] o el [[peróxido de hidrógeno]] producen múltiples daños, incluyendo modificaciones de bases, sobre todo guanina, y roturas de doble hebra (''double‑strand breaks'').<ref>{{cita publicación|autor=Cadet, J., Delatour, T., Douki, T., Gasparutto, D., Pouget, J., Ravanat, J., Sauvaigo, S. |título=Hydroxyl radicals and DNA base damage | revista=Mutat Res |volumen=424 |número=1-2 | páginas=9-21 |año=1999 |pmid=10064846}}</ref> En una célula humana cualquiera, alrededor de 500 bases sufren daño oxidativo cada día.<ref>{{cita publicación|autor=Shigenaga, M., Gimeno, C., Ames, B. |título=Urinary 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine as a biological marker of ''in vivo'' oxidative DNA damage | url=http://www.pnas.org/cgi/reprint/86/24/9697 | revista=Proc Natl Acad Sci U S A |volumen=86 |número=24 | páginas=9697-701 |año=1989 |pmid=2602371 | doi = 10.1073/pnas.86.24.9697 <!--Retrieved from URL by DOI bot-->}}</ref><ref>{{cita publicación|autor=Cathcart, R., Schwiers, E., Saul, R., Ames, B. |título=Thymine glycol and thymidine glycol in human and rat urine: a possible assay for oxidative DNA damage | url=http://www.pnas.org/cgi/reprint/81/18/5633.pdf | revista=Proc Natl Acad Sci U S A |volumen=81 |número=18 | páginas=5633-7 |año=1984 |pmid=6592579 |doi=10.1073/pnas.81.18.5633}}</ref> De estas lesiones oxidativas, las más peligrosas son las roturas de doble hebra, ya que son difíciles de reparar y pueden producir [[mutación|mutaciones puntuales]], [[mutación|inserciones]] y [[deleción|deleciones]] de la secuencia de ADN, así como [[mutación|translocaciones cromosómicas]].<ref>{{cita publicación|autor=Valerie, K., Povirk, L. |título=Regulation and mechanisms of mammalian double-strand break repair | revista=Oncogene |volumen=22 |número=37 | páginas=5792-812 |año=2003 |pmid=12947387 | doi = 10.1038/sj.onc.1206679 <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref>

Muchos mutágenos se posicionan entre dos pares de bases adyacentes, por lo que se denominan [[mutación|''agentes intercalantes'']]. La mayoría de los agentes intercalantes son moléculas [[aromaticidad|aromáticas]] y planas, como el [[bromuro de etidio]], la [[Daunorubicina|daunomicina]], la [[doxorubicina]] y la [[talidomida]]. Para que un agente intercalante pueda integrarse entre dos pares de bases, estas deben separarse, distorsionando las hebras de ADN y abriendo la doble hélice. Esto inhibe la [[Transcripción genética|transcripción]] y la [[Replicación de ADN|replicación]] del ADN, causando toxicidad y mutaciones. Por ello, los agentes intercalantes del ADN son a menudo [[carcinógeno]]s: el [[benzopireno]], las [[acridina]]s, la [[aflatoxina]] y el [[bromuro de etidio]] son ejemplos bien conocidos.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/1881402/|título=The genetic toxicology of acridines|apellidos=Ferguson|nombre=L. R.|apellidos2=Denny|nombre2=W. A.|fecha=Septiembre de 1991|publicación=Mutation Research|volumen=258|número=2|páginas=123–160|fechaacceso=2024-08-23|issn=0027-5107|doi=10.1016/0165-1110(91)90006-h|pmid=1881402}}</ref><ref>{{cita publicación|autor=Jeffrey, A. |título=DNA modification by chemical carcinogens |url=https://archive.org/details/sim_pharmacology-therapeutics_1985_28_2/page/237 | revista=Pharmacol Ther |volumen=28 |número=2 | páginas=237-72 |año=1985 |pmid=3936066 |doi=10.1016/0163-7258(85)90013-0}}</ref><ref>{{cita publicación|autor=Stephens, T., Bunde, C., Fillmore, B. |título=Mechanism of action in thalidomide teratogenesis |revista=Biochem Pharmacol |volumen=59 |número=12 |páginas=1489-99 |año=2000 |pmid=10799645 |doi=10.1016/S0006-2952(99)00388-3}}</ref> Sin embargo, debido a su capacidad para inhibir la replicación y la transcripción del ADN, estas toxinas también se utilizan en [[quimioterapia]] para inhibir el rápido crecimiento de las células [[cáncer|cancerosas]].<ref>{{cita publicación|autor=Braña, M., Cacho, M., Gradillas, A., de Pascual-Teresa, B., Ramos, A. |título=Intercalators as anticancer drugs | revista=Curr Pharm Des |volumen=7 |número=17 | páginas=1745-80 |año=2001 |pmid=11562309 |doi=10.2174/1381612013397113}}</ref>

El daño en el ADN inicia una respuesta que activa diferentes mecanismos de reparación que reconocen lesiones específicas en el ADN, que son reparadas en el momento para recuperar la secuencia original del ADN. Asimismo, el daño en el ADN provoca una parada en el [[ciclo celular]], que conlleva la alteración de numerosos procesos fisiológicos, que a su vez implica síntesis, transporte y degradación de proteínas (véase también [[Punto de control#Checkpoint de daños en el ADN|Checkpoint de daños en el ADN]]). Alternativamente, si el daño genómico es demasiado grande para que pueda ser reparado, los mecanismos de control inducirán la activación de una serie de rutas celulares que culminarán en la [[apoptosis|muerte celular]].

== Funciones biológicas ==

Las funciones biológicas del ADN incluyen el almacenamiento de información ([[#Genes y genoma|genes y genoma]]), la codificación de proteínas ([[#Transcripción y traducción|transcripción y traducción]]) y su autoduplicación ([[#Replicación del ADN|replicación del ADN]]) para asegurar la transmisión de la información a las células hijas durante la división celular.

=== Genes y genoma ===

{{VT|Núcleo celular|Cromatina|Cromosoma|Genoma}}

El ADN se puede considerar como un almacén cuyo contenido es la información (mensaje) necesaria para construir y sostener el organismo en el que reside, la cual se transmite de generación en generación. El conjunto de información que cumple esta función en un organismo dado se denomina [[genoma]], y el ADN que lo constituye, ADN genómico.

El ADN genómico (que se organiza en moléculas de [[cromatina]] que a su vez se ensamblan en [[cromosomas]]) se encuentra en el [[núcleo celular]] de los [[Célula eucariota|eucariotas]], además de pequeñas cantidades en las [[mitocondria]]s y [[cloroplasto]]s. En [[procariota]]s, el ADN se encuentra en un cuerpo de forma irregular denominado [[nucleoide]].<ref>{{cita publicación|autor=Thanbichler, M., Wang, S., Shapiro, L. |título=The bacterial nucleoid: a highly organized and dynamic structure | revista=J Cell Biochem |volumen=96 |número=3 | páginas=506-21 |año=2005 |pmid=15988757 | doi = 10.1002/jcb.20519 <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref>

==== ADN codificante ====

[[Archivo:T7 RNA polymerase at work.png|miniatura|izquierda|300px|[[ARN polimerasa T7]] (azul) produciendo un ARNm (verde) a partir de un molde de ADN (naranja).<ref>{{Cita web|url=https://www.rcsb.org/structure/1MSW|título=RCSB PDB - 1MSW: Structural basis for the transition from initiation to elongation transcription in T7 RNA polymerase|fechaacceso=2024-08-23|apellido=Bank|nombre=RCSB Protein Data|sitioweb=www.rcsb.org|idioma=en-US}}</ref>]]
{{VT|Gen}}
La información de un [[genoma]] está contenida en los [[gen]]es, y al conjunto de toda la información que corresponde a un organismo se le denomina su [[genotipo]]. Un gen es una unidad de [[Herencia genética|herencia]] y es una región de ADN que influye en una característica particular de un organismo (como el color de los ojos, por ejemplo). Los genes contienen un [[marco de lectura abierto]] que puede transcribirse, además de [[secuencia reguladora|secuencias reguladoras]], tales como [[promotor del ADN|promotores]] y [[enhancer]]s, que controlan la transcripción del marco de lectura abierto.

Desde este punto de vista, las «obreras» de este mecanismo son las proteínas. Estas pueden ser «estructurales», como las proteínas de los [[músculo]]s, [[cartílago]]s, pelo, etc., o «funcionales», como la [[hemoglobina]] o las innumerables [[enzima]]s del organismo. La función principal de la herencia es la especificación de las proteínas, siendo el ADN una especie de «plano» o «receta» para producirlas. La mayor parte de las veces la modificación del ADN provocará una disfunción proteica que dará lugar a la aparición de alguna [[enfermedad]]. Pero en determinadas ocasiones, las modificaciones podrán provocar cambios beneficiosos que darán lugar a individuos mejor adaptados a su entorno.

Las aproximadamente treinta mil proteínas diferentes en el cuerpo humano están constituidas por veinte [[aminoácido]]s diferentes, y una molécula de ADN debe especificar la secuencia en que se unen dichos aminoácidos.

En el proceso de elaborar una proteína, el ADN de un gen se lee y se transcribe a [[ARN]]. Este ARN sirve como mensajero entre el ADN y la ''maquinaria'' que elaborará las proteínas y por eso recibe el nombre de [[ARN mensajero]] o ARNm. El ARN mensajero sirve de molde a la maquinaria que elabora las proteínas, para que ensamble los aminoácidos en el orden preciso para [[síntesis proteica|armar la proteína]].

El [[dogma central de la biología molecular]] establecía que el flujo de actividad y de información era: ADN&nbsp;→&nbsp;[[ARN]]&nbsp;→&nbsp;proteína. No obstante, en la actualidad ha quedado demostrado que este «dogma» debe ser ampliado, pues se han encontrado otros flujos de información: en algunos organismos (virus de ARN) la información fluye de ARN a ADN; este proceso se conoce como «transcripción inversa o reversa», también llamada «retrotranscripción». Además, se sabe que existen secuencias de ADN que se transcriben a ARN y son funcionales como tales, sin llegar a traducirse nunca a proteína: son los [[ARN no codificante]]s, como es el caso de los [[ARN interferente|ARN interferentes]].<ref name="Hib" /><ref name="De Robertis" />

==== ADN no codificante ====

El ADN del genoma de un ser vivo puede dividirse conceptualmente en dos: el que codifica las proteínas (los genes) y el que no codifica. En muchas [[especie]]s, solo una pequeña fracción del [[genoma]] codifica proteínas. Por ejemplo, solo alrededor del 1.5&nbsp;% del genoma humano consiste en [[exón|exones]] que codifican proteínas (20&nbsp;000 a 25&nbsp;000 genes), mientras que más del 90&nbsp;% consiste en ADN no codificante.<ref>{{cita publicación|autor=Wolfsberg, T., McEntyre, J., Schuler, G. |título=Guide to the draft human genome | revista=Nature |volumen=409 |número=6822 | páginas=824-6 |año=2001 |pmid=11236998 | doi = 10.1038/35057000 <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref>

El [[ADN no codificante]] (también denominado [[ADN basura]]) corresponde a secuencias del genoma que no generan una proteína (procedentes de transposiciones, duplicaciones, translocaciones y recombinaciones de virus, etc.), incluyendo los [[intrón|intrones]]. Hasta hace poco tiempo se pensaba que el ADN no codificante no tenía utilidad alguna, pero estudios recientes indican que eso es inexacto. Entre otras funciones, se postula que el llamado «ADN basura» regula la [[expresión génica|expresión diferencial de los genes]].<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17571346/|título=Identification and analysis of functional elements in 1% of the human genome by the ENCODE pilot project|apellidos=ENCODE Project Consortium|apellidos2=Birney|nombre2=Ewan|fecha=2007-06-14|publicación=Nature|volumen=447|número=7146|páginas=799–816|fechaacceso=2024-08-23|issn=1476-4687|doi=10.1038/nature05874|pmc=2212820|pmid=17571346|apellidos3=Stamatoyannopoulos|nombre3=John A.|apellidos4=Dutta|nombre4=Anindya|apellidos5=Guigó|nombre5=Roderic|apellidos6=Gingeras|nombre6=Thomas R.|apellidos7=Margulies|nombre7=Elliott H.|apellidos8=Weng|nombre8=Zhiping|apellidos9=Snyder|nombre9=Michael}}</ref> Por ejemplo, algunas secuencias tienen afinidad hacia proteínas especiales que tienen la capacidad de unirse al ADN (como los [[homeodominio]]s, los complejos receptores de hormonas esteroides, etc.), con un papel importante en el control de los mecanismos de trascripción y replicación. Estas secuencias se llaman frecuentemente «secuencias reguladoras», y los investigadores suponen que solo se ha identificado una pequeña fracción de las que realmente existen. La presencia de tanto ADN no codificante en genomas eucarióticos y las diferencias en tamaño del genoma entre especies representan un misterio que es conocido como el «[[enigma del valor de C]]».<ref>{{cita publicación|autor=Gregory T |título=The C-value enigma in plants and animals: a review of parallels and an appeal for partnership | url=http://aob.oxfordjournals.org/cgi/content/full/95/1/133 | revista=Ann Bot (Lond) |volumen=95 |número=1 | páginas=133-46 |año=2005 |pmid=15596463 |doi=10.1093/aob/mci009}}</ref> Los elementos repetitivos también son elementos funcionales. Si no se considerasen así, se excluiría más del 50&nbsp;% de los nucleótidos totales, ya que constituyen elementos de repetición.

Recientemente, un grupo de investigadores de la [[Universidad de Yale]] ha descubierto una secuencia de ADN no codificante que sería la responsable de que los seres humanos hayan desarrollado la capacidad de agarrar y/o manipular objetos o herramientas.<ref>{{cita publicación |autor=Yale University |título=Yale Researchers Find “Junk DNA” May Have Triggered Key Evolutionary Changes in Human Thumb and Foot |url=http://opa.yale.edu/news/article.aspx?id=5980 |publicación= |fechaacceso=15 de septiembre de 2008 |urlarchivo=https://web.archive.org/web/20080912224309/http://opa.yale.edu/news/article.aspx?id=5980 |fechaarchivo=12 de septiembre de 2008 }}</ref>

Por otro lado, algunas secuencias de ADN desempeñan un papel estructural en los cromosomas: los [[telómero]]s y [[centrómero]]s contienen pocos o ningún gen codificante de proteínas, pero son importantes para estabilizar la estructura de los cromosomas. Algunos genes no codifican proteínas, pero sí se transcriben en ARN: [[ARN ribosómico]], [[ARN de transferencia]] y [[ARN de interferencia]] (ARNi, que son ARN que bloquean la expresión de genes específicos). La estructura de intrones y exones de algunos genes (como los de [[inmunoglobulina]]s y [[protocadherina]]s) son importantes por permitir los [[empalme alternativo|cortes y empalmes alternativos]] del pre‑[[ARN mensajero]] que hacen posible la síntesis de diferentes proteínas a partir de un mismo gen (sin esta capacidad no existiría el sistema inmune, por ejemplo). Algunas secuencias de ADN no codificante representan [[Seudogén|pseudogenes]] que tienen valor evolutivo, ya que permiten la creación de nuevos genes con nuevas funciones.<ref name="De Robertis" /> Otros ADN no codificantes proceden de la duplicación de pequeñas regiones del ADN; esto tiene mucha utilidad, ya que el rastreo de estas secuencias repetitivas permite estudios de [[filogenia]].

=== Transcripción y traducción ===

{{AP|Transcripción (genética)|Traducción (genética)}}
En un [[gen]], la secuencia de nucleótidos a lo largo de una hebra de ADN se [[transcripción (genética)|transcribe]] a un [[ARN mensajero]] (ARNm) y esta secuencia a su vez se [[traducción (genética)|traduce]] a una [[proteína]] que un organismo es capaz de sintetizar o «expresar» en uno o varios momentos de su vida, usando la información de dicha secuencia.

La relación entre la secuencia de nucleótidos y la secuencia de [[aminoácido]]s de la proteína viene determinada por el [[código genético]], que se utiliza durante el proceso de traducción o [[síntesis de proteínas]]. La unidad codificadora del código genético es un grupo de tres nucleótidos (triplete), representado por las tres letras iniciales de las bases nitrogenadas (por ej., ACT, CAG, TTT). Los tripletes del ADN se transcriben en sus bases complementarias en el ARN mensajero, y en este caso los tripletes se denominan [[Codón|codones]] (para el ejemplo anterior, UGA, GUC, AAA). En el ribosoma cada codón del ARN mensajero interacciona con una molécula de [[ARN de transferencia]] (ARNt) que contenga el triplete complementario, denominado anticodón. Cada ARNt porta el aminoácido correspondiente al codón de acuerdo con el [[código genético]], de modo que el ribosoma va uniendo los aminoácidos para formar una nueva proteína de acuerdo con las «instrucciones» de la secuencia del ARNm. Existen 64 codones posibles, por lo cual corresponde más de uno para cada aminoácido (por esta duplicidad de codones se dice que el código genético es un código degenerado: no es unívoco); algunos codones indican la terminación de la síntesis, el fin de la secuencia codificante; estos «codones de terminación» o «[[codones de parada]]» son UAA, UGA y UAG.<ref name="Hib" />

=== Replicación del ADN ===

[[Archivo:DNA replication es.svg|miniatura|400px|derecha|Esquema representativo de la replicación del ADN.]]
{{AP|Replicación de ADN}}

La replicación del ADN es el proceso por el cual se obtienen copias o réplicas idénticas de una molécula de ADN. La replicación es fundamental para la transferencia de la información genética de una generación a la siguiente y, por ende, es la base de la [[Herencia genética|herencia]]. El mecanismo consiste esencialmente en la separación de las dos hebras de la doble hélice, las cuales sirven de molde para la posterior síntesis de cadenas complementarias a cada una de ellas, que llevará por nombre ARNm. El resultado final son dos moléculas idénticas a la original. Este tipo de replicación se denomina «semiconservativa» debido a que cada una de las dos moléculas resultantes de la duplicación presenta una cadena procedente de la molécula «madre» y otra recién sintetizada.

==== Hipótesis sobre la duplicación del ADN ====

En un principio, se propusieron tres hipótesis:
* '''''Semiconservativa''''': Según el experimento de Meselson-Stahl, cada hebra sirve de molde para que se forme una hebra nueva, mediante la complementariedad de bases, quedando al final dos dobles hélices formadas por una hebra antigua (molde) y una nueva hebra (copia).
* '''''Conservativa''''': Tras la duplicación quedarían las dos hebras antiguas juntas y, por otro lado, las dos hebras nuevas formando una doble hélice.
* ''''' Dispersiva''''': Según esta hipótesis, las hebras resultantes estarían formadas por fragmentos en doble hélice ADN antiguo y ADN recién sintetizado.

== Interacciones ADN-proteína ==

Todas las funciones del ADN dependen de sus interacciones con proteínas. Estas interacciones pueden ser inespecíficas, o bien la proteína puede unirse de forma específica a una única secuencia de ADN. También pueden unirse enzimas, entre las cuales son particularmente importantes las polimerasas, que copian las secuencia de bases del ADN durante la transcripción y la replicación.

=== Proteínas que unen ADN ===

==== Interacciones inespecíficas ====

<div class="thumb tleft" style="background-color: #f9f9f9; border: 1px solid #CCCCCC; margin:0.5em;">
{|border="0" width=260 border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="font-size: 85%; border: 1px solid #CCCCCC; margin: 0.3em;"
|[[Archivo:Nucleosome 2.jpg|260px]]
|-
|
|}
<div style="border: none; width:260px;"><div class="thumbcaption">Interacción de ADN con [[histona]]s (en blanco, arriba). Los aminoácidos básicos de estas proteínas (abajo a la izquierda, en azul) se unen a los grupos ácidos de los fosfatos del ADN (abajo a la derecha, en rojo).</div></div></div>

Las proteínas estructurales que se unen al ADN son ejemplos bien conocidos de interacciones inespecíficas ADN-proteínas. En los cromosomas, el ADN se encuentra formando complejos con proteínas estructurales. Estas proteínas organizan el ADN en una estructura compacta denominada [[cromatina]]. En [[Célula eucariota|eucariotas]] esta estructura implica la unión del ADN a un complejo formado por pequeñas proteínas básicas denominadas '''[[histona]]s''', mientras que en [[procariota]]s están involucradas una gran variedad de proteínas.<ref>{{cita publicación|autor=Sandman, K., Pereira, S., Reeve, J. |título=Diversity of prokaryotic chromosomal proteins and the origin of the nucleosome |url=https://archive.org/details/sim_cellular-and-molecular-life-sciences_1998-12_54_12/page/1350 | revista=Cell Mol Life Sci |volumen=54 |número=12 | páginas=1350-64 |año=1998 |pmid=9893710 |doi=10.1007/s000180050259}}</ref><ref>{{cita publicación|autor=Dame, R. T. |título=The role of nucleoid-associated proteins in the organization and compaction of bacterial chromatin |revista=Mol. Microbiol. |volumen=56 |número=4 |páginas=858-70 |año=2005 |pmid=15853876 |doi=10.1111/j.1365-2958.2005.04598.x}}</ref> Las histonas forman un complejo de forma cilíndrica denominado [[nucleosoma]], en torno al cual se enrollan casi dos vueltas de ADN de doble hélice. Estas interacciones inespecíficas quedan determinadas por la existencia de residuos básicos en las histonas, que forman [[enlace iónico|enlaces iónicos]] con el esqueleto de azúcar-fosfato del ADN y, por tanto, son en gran parte independientes de la secuencia de bases.<ref>{{cita publicación|autor=Luger, K., Mäder, A., Richmond, R., Sargent, D., Richmond, T. |título=Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 A resolution | revista=Nature |volumen=389 |número=6648 | páginas=251-60 |año=1997 |pmid=9305837 | doi = 10.1038/38444}}</ref> Estos aminoácidos básicos experimentan modificaciones químicas de [[metilación]], [[fosforilación]] y [[acetilación]],<ref>{{cita publicación|autor=Jenuwein, T., Allis, C. |título=Translating the histone code | revista=Science |volumen=293 |número=5532 | páginas=1074-80 |año=2001 |pmid=11498575 |doi=10.1126/science.1063127}}</ref> que alteran la fuerza de la interacción entre el ADN y las histonas, haciendo al ADN más o menos accesible a los [[factor de transcripción|factores de transcripción]] y por tanto modificando la tasa de transcripción.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12596902/|título=Nucleosome assembly and remodeling|apellidos=Ito|nombre=T.|fecha=2003|publicación=Current Topics in Microbiology and Immunology|volumen=274|páginas=1–22|fechaacceso=2023-09-30|issn=0070-217X|doi=10.1007/978-3-642-55747-7_1|pmid=12596902}}</ref>

Otras proteínas que se unen a ADN de manera inespecífica en la cromatina incluyen las '''proteínas del grupo de alta movilidad''' (HMG, ''High Mobility Group'') que se unen a ADN plegado o distorsionado.<ref>{{cita publicación|autor=Thomas J |título=HMG1 and 2: architectural DNA-binding proteins | revista=Biochem Soc Trans |volumen=29 |número=Pt 4 | páginas=395-401 |año=2001 |pmid=11497996 |doi=10.1042/BST0290395}}</ref> Estas proteínas son importantes durante el plegamiento de los nucleosomas, organizándolos en estructuras más complejas para constituir los cromosomas<ref>{{cita publicación|autor=Grosschedl, R., Giese, K., Pagel, J. |título=HMG domain proteins: architectural elements in the assembly of nucleoprotein structures |url=https://archive.org/details/sim_trends-in-genetics_1994-03_10_3/page/94 | revista=Trends Genet |volumen=10 |número=3 | páginas=94-100 |año=1994 |pmid=8178371 |doi=10.1016/0168-9525(94)90232-1}}</ref> durante el proceso de [[condensación cromosómica]]. Se ha propuesto que en este proceso también intervendrían otras proteínas, formando una especie de «andamio» sobre el cual se organiza la cromatina; los componentes principales de esta estructura serían: la enzima '''[[topoisomerasa]] II α''' (''topoIIalpha'') y la '''[[condensina]] 13S'''.<ref name="Maeshima2003">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12689587/|título=A two-step scaffolding model for mitotic chromosome assembly|apellidos=Maeshima|nombre=Kazuhiro|apellidos2=Laemmli|nombre2=Ulrich K.|fecha=Abril de 2003|publicación=Developmental Cell|volumen=4|número=4|páginas=467–480|fechaacceso=2023-09-30|issn=1534-5807|doi=10.1016/s1534-5807(03)00092-3|pmid=12689587}}</ref> Sin embargo, el papel estructural de la ''topoIIalpha'' en la organización de los cromosomas aún es discutido, ya que otros grupos argumentan que esta enzima se intercambia rápidamente tanto en los brazos cromosómicos como en los [[cinetocoro]]s durante la [[mitosis]].<ref name="REF NAME">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12105179/|título=Rapid exchange of mammalian topoisomerase II alpha at kinetochores and chromosome arms in mitosis|apellidos=Tavormina|nombre=Penny A.|apellidos2=Côme|nombre2=Marie-George|fecha=2002-07-08|publicación=The Journal of Cell Biology|volumen=158|número=1|páginas=23–29|fechaacceso=2023-09-30|issn=0021-9525|doi=10.1083/jcb.200202053|pmc=2173008|pmid=12105179|apellidos3=Hudson|nombre3=Joanna R.|apellidos4=Mo|nombre4=Yin-Yuan|apellidos5=Beck|nombre5=William T.|apellidos6=Gorbsky|nombre6=Gary J.}}</ref>

==== Interacciones específicas ====

Un grupo bien definido de proteínas que unen ADN es el conformado por las proteínas que se unen específicamente a '''ADN monocatenario''' o '''ADN de hebra sencilla''' (ssDNA). En humanos, la proteína A de replicación es la mejor conocida de su familia y actúa en procesos en los que la doble hélice se separa, como la [[replicación del ADN]], la [[recombinación]] o la [[reparación del ADN]].<ref>{{cita publicación|autor=Iftode, C., Daniely, Y., Borowiec, J. |título=Replication protein A (RPA): the eukaryotic SSB | revista=Crit Rev Biochem Mol Biol |volumen=34 |número=3 | páginas=141-80 |año=1999 |pmid=10473346 |doi=10.1080/10409239991209255}}</ref> Estas proteínas parecen estabilizar el ADN monocatenario, protegiéndolo para evitar que forme estructuras de tallo-lazo ''(stem-loop)'' o que sea degradado por [[nucleasa]]s.

[[Archivo:Lambda repressor 1LMB.png|miniatura|185px|El factor de transcripción represor del [[fago lambda]] unido a su ADN diana mediante un motivo hélice-giro-hélice ''(helix-turn-helix)''.<ref>Creado a partir de [http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1LMB PDB 1LMB]</ref>]]

Sin embargo, otras proteínas han evolucionado para unirse específicamente a secuencias particulares de ADN. La especificidad de la interacción de las proteínas con el ADN procede de los múltiples contactos con las bases de ADN, lo que les permite «leer» la secuencia del ADN. La mayoría de esas interacciones con las bases ocurre en la [[#Hendiduras mayor y menor|hendidura mayor]], donde las bases son más accesibles.<ref>{{cita publicación|autor=Pabo, C., Sauer, R. |título=Protein-DNA recognition |url=https://archive.org/details/sim_annual-review-of-biochemistry_1984_53_annual/page/293 | revista=Annu Rev Biochem |volumen=53 |número=| páginas=293-321 |año=1984 |pmid=6236744 | doi = 10.1146/annurev.bi.53.070184.001453}}</ref>

Las proteínas específicas estudiadas con mayor detalle son las encargadas de regular la transcripción, denominadas por ello '''[[factor de transcripción|factores de transcripción]]'''. Cada factor de transcripción se une a una secuencia concreta de ADN y activa o inhibe la transcripción de los genes que presentan estas secuencias próximas a sus promotores. Los factores de transcripción pueden efectuar esto de dos formas:
* En primer lugar, pueden unirse a la polimerasa de ARN responsable de la transcripción, bien directamente o a través de otras proteínas mediadoras. De esta forma. se estabiliza la unión entre la ARN polimerasa y el promotor, lo que permite el inicio de la transcripción.<ref>{{cita publicación|autor=Myers, L., Kornberg, R. |título=Mediator of transcriptional regulation |url=https://archive.org/details/sim_annual-review-of-biochemistry_2000_69/page/729 | revista=Annu Rev Biochem |volumen=69 |número=| páginas=729-49 |año=2000 |pmid=10966474 | doi = 10.1146/annurev.biochem.69.1.729}}</ref>
* En segundo lugar, los factores de transcripción pueden unirse a [[enzima]]s que modifican las histonas del promotor, lo que altera la accesibilidad del molde de ADN a la ARN polimerasa.<ref>{{cita publicación|autor=Spiegelman, B., Heinrich, R. |título=Biological control through regulated transcriptional coactivators | revista=Cell |volumen=119 |número=2 | páginas=157-67 |año=2004 |pmid=15479634 |doi=10.1016/j.cell.2004.09.037}}</ref>

Como los ADN diana pueden encontrarse por todo el [[genoma]] del organismo, los cambios en la actividad de un tipo de factor de transcripción pueden afectar a miles de genes.<ref>{{cita publicación|autor=Li, Z., Van Calcar, S., Qu, C., Cavenee, W., Zhang, M., Ren, B. |título=A global transcriptional regulatory role for c-Myc in Burkitt's lymphoma cells | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=12808131 | revista=Proc Natl Acad Sci U S A |volumen=100 |número=14 | páginas=8164-9 |año=2003 |pmid=12808131 | doi = 10.1073/pnas.1332764100}}</ref> En consecuencia, estas proteínas son frecuentemente las dianas de los procesos de [[transducción de señal]]es que controlan las respuestas a cambios ambientales o diferenciación y desarrollo celular.

[[Archivo:EcoRV 1RVA.png|miniatura|izquierda|255px|La [[enzima de restricción]] [[EcoRV]] (verde) formando un complejo con su ADN diana.<ref>Creado a partir de [http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1RVA PDB 1RVA]</ref>]]

=== Enzimas que modifican el ADN ===

==== Nucleasas y ligasas ====

Las [[nucleasa]]s son [[enzima]]s que cortan las hebras de ADN mediante la [[catálisis]] de la [[hidrólisis]] de los [[enlace fosfodiéster|enlaces fosfodiéster]]. Las nucleasas que hidrolizan [[nucleótido]]s a partir de los extremos de las hebras de ADN se denominan ''exonucleasas'', mientras que las ''[[endonucleasas]]'' cortan en el interior de las hebras. Las nucleasas que se utilizan con mayor frecuencia en [[biología molecular]] son las [[enzima de restricción|enzimas de restricción]], endonucleasas que cortan el ADN por determinadas secuencias específicas. Por ejemplo, la enzima [[EcoRV]], que se muestra a la izquierda, reconoce la secuencia de 6 bases 5′‑GAT|ATC‑3′, y hace un corte en ambas hebras en la línea vertical indicada, generando dos moléculas de ADN con los extremos romos. Otras enzimas de restricción generan, sin embargo, extremos cohesivos, ya que cortan de forma diferente las dos hebras de ADN. En la naturaleza, estas enzimas protegen a las [[bacteria]]s contra las infecciones de [[Bacteriófago|fagos]], al digerir el ADN de dicho fago cuando entra a través de la pared bacteriana, actuando como un mecanismo de defensa.<ref>{{cita publicación|autor=Bickle, T., Krüger, D. |título=Biology of DNA restriction | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=372918&blobtype=pdf | revista=Microbiol Rev |volumen=57 |número=2 | páginas=434-50 |año=1993 |pmid=8336674}}</ref> En [[biotecnología]], estas nucleasas específicas de la secuencias de ADN se utilizan en [[ingeniería genética]] para [[clonación de ADN|clonar]] fragmentos de ADN y en la técnica de [[huella genética]].

Las enzimas denominadas [[ADN ligasa]]s pueden reunir hebras de ADN cortadas o rotas.<ref name=Doherty>{{cita publicación|autor=Doherty, A., Suh, S. |título=Structural and mechanistic conservation in DNA ligases. | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=11058099 | revista=Nucleic Acids Res |volumen=28 |número=21 | páginas=4051-8 |año=2000 |pmid=11058099 |doi=10.1093/nar/28.21.4051}}</ref> Las ligasas son particularmente importantes en la [[replicación de ADN|replicación]] de la hebra que sufre replicación discontinua en el ADN, ya que unen los fragmentos cortos de ADN generados en la [[replicación de ADN|horquilla de replicación]] para formar una copia completa del molde de ADN. También se utilizan en la [[reparación del ADN]] y en procesos de [[recombinación genética]].<ref name=Doherty />

==== Topoisomerasas y helicasas ====

Las [[topoisomerasa]]s son enzimas que poseen a la vez actividad nucleasa y ligasa. Estas proteínas varían la cantidad de [[ADN superenrollado]]. Algunas de estas enzimas funcionan cortando la hélice de ADN y permitiendo que una sección rote, de manera que reducen el grado de superenrollamiento. Una vez hecho esto, la enzima vuelve a unir los fragmentos de ADN.<ref name=Champoux /> Otros tipos de enzimas son capaces de cortar una hélice de ADN y luego pasar la segunda hebra de ADN a través de la rotura, antes de reunir las hélices.<ref>{{cita publicación|autor=Schoeffler, A., Berger, J. |título=Recent advances in understanding structure-function relationships in the type II topoisomerase mechanism | revista=Biochem Soc Trans |volumen=33 |número=Pt 6 | páginas=1465-70 |año=2005 |pmid=16246147 |doi=10.1042/BST20051465}}</ref> Las topoisomerasas son necesarias para muchos procesos en los que interviene el ADN, como la [[replicación del ADN]] y la [[transcripción (genética)|transcripción]].<ref name=Wang />

Las [[helicasa]]s son unas proteínas que pertenecen al grupo de los [[motor molecular|motores moleculares]]. Utilizan energía química almacenada en los nucleósidos trifosfatos, fundamentalmente [[Adenosina trifosfato|ATP]], para romper puentes de hidrógeno entre bases y separar la hélice doble de ADN en hebras simples.<ref>{{cita publicación|autor=Tuteja, N., Tuteja, R. |título=Unraveling DNA helicases. Motif, structure, mechanism and function | doi= 10.1111/j.1432-1033.2004.04094.x | revista=Eur J Biochem |volumen=271 |número=10 | páginas=1849-63 |año=2004 |pmid=15128295}}</ref> Estas enzimas son esenciales para la mayoría de los procesos en los que las enzimas necesitan acceder a las bases del ADN.

==== Polimerasas ====

Las [[polimerasa]]s son [[enzima]]s que sintetizan cadenas de nucleótidos a partir de nucleósidos trifosfatos. La secuencia de sus productos son copias de cadenas de polinucleótidos existentes, que se denominan ''moldes''. Estas enzimas funcionan añadiendo nucleótidos al grupo [[hidroxilo]] en 3' del nucleótido previo en una hebra de ADN. En consecuencia, todas las polimerasas funcionan en dirección 5′&nbsp;→&nbsp;3′.<ref name=Joyce>{{cita publicación|autor=Joyce, C., Steitz, T. |título=Polymerase structures and function: variations on a theme? | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=177480&blobtype=pdf | revista=J Bacteriol |volumen=177 |número=22 | páginas=6321-9 |año=1995 |pmid=7592405}}</ref> En los [[sitio activo|sitios activos]] de estas enzimas, el nucleósido trifosfato que se incorpora aparea su base con la correspondiente en el molde: esto permite que la polimerasa sintentice de forma precisa la hebra complementaria al molde.

Las polimerasas se clasifican de acuerdo al tipo de molde que utilizan:

* En la [[replicación del ADN]], una '''ADN polimerasa dependiente de ADN''' realiza una copia de ADN a partir de una secuencia de ADN. La precisión es vital en este proceso, por lo que muchas de estas polimerasas tienen una actividad de verificación de la lectura (''proofreading''). Mediante esta actividad, la polimerasa reconoce errores ocasionales en la reacción de síntesis, debido a la falta de apareamiento entre el nucleótido erróneo y el molde, lo que genera un desacoplamiento (''mismatch''). Si se detecta un desacoplamiento, se activa una actividad [[nucleasa|exonucleasa]] en dirección 3′&nbsp;→&nbsp;5′ y la base incorrecta se elimina.<ref>{{cita publicación|autor=Hubscher, U., Maga, G., Spadari, S. |título=Eukaryotic DNA polymerases |url=https://archive.org/details/sim_annual-review-of-biochemistry_2002_71/page/133 | revista=Annu Rev Biochem |volumen=71 |número=| páginas=133-63 |año=2002 |pmid=12045093 | doi = 10.1146/annurev.biochem.71.090501.150041 <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref> En la mayoría de los seres vivos las ADN polimerasas funcionan en un gran complejo denominado [[replisoma]], que contiene múltiples unidades accesorias, como [[helicasa]]s.<ref>{{cita publicación|autor=Johnson, A., O'Donnell, M. |título=Cellular DNA replicases: components and dynamics at the replication fork |url=https://archive.org/details/sim_annual-review-of-biochemistry_2005_74/page/283 | revista=Annu Rev Biochem |volumen=74 |número=| páginas=283-315 |año=2005 |pmid=15952889 | doi = 10.1146/annurev.biochem.73.011303.073859 <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref>

* Las '''ADN polimerasas dependientes de ARN''' son una clase especializada de polimerasas que copian la secuencia de una hebra de ARN en ADN. Incluyen la [[transcriptasa inversa]], que es una enzima [[virus|viral]] implicada en la infección de células por [[retrovirus]], y la [[telomerasa]], que es necesaria para la replicación de los telómeros.<ref>{{cita publicación|autor=Tarrago-Litvak, L., Andréola, M., Nevinsky, G., Sarih-Cottin, L., Litvak, S. |título=The reverse transcriptase of HIV-1: from enzymology to therapeutic intervention | url=http://www.fasebj.org/cgi/reprint/8/8/497 | revista=FASEB J |volumen=8 |número=8 | páginas=497-503 |año=1994 |pmid=7514143}}</ref><ref name=Greider /> La telomerasa es una polimerasa inusual, porque contiene su propio molde de ARN como parte de su estructura.<ref name=Nugent />

* La [[transcripción (genética)|transcripción]] se lleva a cabo por una '''ARN polimerasa dependiente de ADN''' que copia la secuencia de una de las hebras de ADN en ARN. Para empezar a transcribir un gen, la ARN polimerasa se une a una secuencia del ADN denominada ''promotor'', y separa las hebras del ADN. Entonces copia la secuencia del gen en un transcrito de [[ARN mensajero]] hasta que alcanza una región de ADN denominada ''terminador'', donde se detiene y se separa del ADN. Como ocurre con las ADN polimerasas dependientes de ADN en humanos, la ARN polimerasa II (la enzima que transcribe la mayoría de los genes del genoma humano) funciona como un gran complejo multiproteico que contiene múltiples subunidades reguladoras y accesorias.<ref>{{cita publicación|autor=Martinez, E. |título=Multi-protein complexes in eukaryotic gene transcription |url=https://archive.org/details/sim_plant-molecular-biology_2002-12_50_6/page/925 | revista=Plant Mol Biol |volumen=50 |número=6 | páginas=925-47 |año=2002 |pmid=12516863 |doi=10.1023/A:1021258713850}}</ref>

== Recombinación genética ==

<div class="thumb tright" style="background-color: #f9f9f9; border: 1px solid #CCCCCC; margin:0.5em;">
{|border="0" width=250 border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="font-size: 85%; border: 1px solid #CCCCCC; margin: 0.3em;"
|[[Archivo:Holliday Junction cropped.png|250px]]
|-
|[[Archivo:Holliday junction coloured.png|250px]]
|}
<div style="border: none; width:250px;"><div class="thumbcaption">Estructura de un intermedio en [[unión de Holliday]] en la [[recombinación genética]]. Las cuatro hebras de ADN separadas están coloreadas en rojo, azul, verde y amarillo.<ref>Creado a partir de [http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1M6G PDB 1M6G]</ref></div></div></div>
{{AP|Recombinación genética}}
[[Archivo:Chromosomal Recombination.svg|miniatura|izquierda|La recombinación implica la rotura y reunión de dos cromosomas homólogos (M y F) para producir dos cromosomas nuevos reorganizados (C1 y C2).]]

Una hélice de ADN normalmente no interacciona con otros segmentos de ADN, y en las células humanas los diferentes cromosomas incluso ocupan áreas separadas en el [[núcleo celular]] denominadas «territorios cromosómicos».<ref>{{cita publicación|autor=Cremer, T., Cremer, C. |título=Chromosome territories, nuclear architecture and gene regulation in mammalian cells | revista=Nat Rev Genet |volumen=2 |número=4 | páginas=292-301 |año=2001 |pmid=11283701 | doi = 10.1038/35066075 <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref> La separación física de los diferentes cromosomas es importante para que el ADN mantenga su capacidad de funcionar como un almacén estable de información. Uno de los pocos momentos en los que los cromosomas interaccionan es durante el [[sobrecruzamiento cromosómico]] (''chromosomal crossover''), durante el cual se [[recombinación genética|recombinan]]. El sobrecruzamiento cromosómico ocurre cuando dos hélices de ADN se rompen, se intercambian y se unen de nuevo.

La recombinación permite a los cromosomas intercambiar información genética y produce nuevas combinaciones de genes, lo que aumenta la eficiencia de la [[selección natural]] y puede ser importante en la evolución rápida de nuevas proteínas.<ref>{{cita publicación|autor=Pál, C., Papp, B., Lercher, M. |título=An integrated view of protein evolution | revista=Nat Rev Genet |volumen=7 |número=5 | páginas=337-48 |año=2006 |pmid=16619049 | doi = 10.1038/nrg1838 <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref> Durante la profase I de la [[meiosis]], una vez que los cromosomas homólogos están perfectamente apareados formando estructuras llamadas bivalentes, se produce el fenómeno de sobrecruzamiento o entrecruzamiento ''(crossing-over)'', en el cual las cromátidas homólogas no hermanas (procedentes del padre y de la madre) intercambian material genético. La recombinación genética resultante hace aumentar en gran medida la variación genética entre la descendencia de progenitores que se reproducen por vía sexual. La recombinación genética también puede estar implicada en la [[reparación del ADN]], en particular en la respuesta celular a las roturas de doble hebra ''(double-strand breaks)''.<ref>{{cita publicación|autor=O'Driscoll, M., Jeggo, P. |título=The role of double-strand break repair - insights from human genetics | revista=Nat Rev Genet |volumen=7 |número=1 | páginas=45-54 |año=2006 |pmid=16369571 | doi = 10.1038/nrg1746 <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref>

La forma más frecuente de sobrecruzamiento cromosómico es la [[recombinación homóloga]], en la que los dos cromosomas implicados comparten secuencias muy similares. La recombinación no-homóloga puede ser dañina para las células, ya que puede producir [[mutación|translocaciones cromosómicas]] y anomalías genéticas. La reacción de recombinación está catalizada por enzimas conocidas como ''recombinasas'', tales como [[RAD51]].<ref>{{cita publicación|autor=Vispé, S., Defais, M. |título=Mammalian Rad51 protein: a RecA homologue with pleiotropic functions |url=https://archive.org/details/sim_biochimie_1997-10_79_9-10/page/587 |revista=Biochimie |volumen=79 |número=9-10 |páginas=587-92 |año=1997 |pmid=9466696 |doi=10.1016/S0300-9084(97)82007-X}}</ref> El primer paso en el proceso de recombinación es una rotura de doble hebra, causada bien por una endo[[nucleasa]] o por daño en el ADN.<ref>{{cita publicación|autor=Neale MJ, Keeney S |título=Clarifying the mechanics of DNA strand exchange in meiotic recombination |revista=Nature |volumen=442 |número=7099 |páginas=153-8 |año=2006 |pmid=16838012 | doi = 10.1038/nature04885 <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref> Posteriormente, una serie de pasos catalizados en parte por la recombinasa, conducen a la unión de las dos hélices formando al menos una [[unión de Holliday]], en la que un segmento de una hebra simple es anillado con la hebra complementaria en la otra hélice. La unión de Holliday es una estructura de unión tetrahédrica que puede moverse a lo largo del par de cromosomas, intercambiando una hebra por otra. La reacción de recombinación se detiene por el corte de la unión y la reunión de los segmentos de ADN liberados.<ref>{{cita publicación|autor=Dickman, M., Ingleston, S., Sedelnikova, S., Rafferty, J., Lloyd, R., Grasby, J., Hornby, D. |título=The RuvABC resolvasome | revista=Eur J Biochem |volumen=269 |número=22 | páginas=5492-501 |año=2002 |pmid=12423347 |doi=10.1046/j.1432-1033.2002.03250.x}}</ref>

== Evolución del metabolismo de ADN ==

{{VT|Hipótesis del mundo de ARN}}

El ADN contiene la información genética que permite a la mayoría de los seres vivientes funcionar, crecer y reproducirse. Sin embargo, no está claro durante cuánto tiempo ha ejercido esta función en los ~3000 millones de años de la [[origen de la vida|historia de la vida]], ya que se ha propuesto que las formas de vida más tempranas podrían haber utilizado [[ARN]] como material genético.<ref name=ref_duplicada_1>{{cita publicación|autor=Joyce, G. |título=The antiquity of RNA-based evolution |revista=Nature |volumen=418 |número=6894 |páginas=214-21 |año=2002 |pmid=12110897 | doi = 10.1038/418214a <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref><ref>{{cita publicación|autor=Orgel, L. |título=Prebiotic chemistry and the origin of the RNA world | url=http://www.crbmb.com/cgi/reprint/39/2/99.pdf |revista=Crit Rev Biochem Mol Biol |volumen=39 |número=2 |páginas=99-123 |pmid=15217990 | doi = 10.1080/10409230490460765 <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref> El ARN podría haber funcionado como la parte central de un metabolismo primigenio, ya que puede transmitir información genética y simultáneamente actuar como [[Catálisis|catalizador]] formando parte de las [[ribozima]]s.<ref>{{cita publicación|autor=Davenport, R. |título=Ribozymes. Making copies in the RNA world |revista=Science |volumen=292 |número=5520 |páginas=1278 |año=2001 |pmid=11360970 | doi = 10.1126/science.292.5520.1278a <!--Retrieved from Yahoo! by DOI bot-->}}</ref> Este antiguo '' [[Hipótesis del mundo de ARN|Mundo de ARN]]'' donde los ácidos nucleicos funcionarían como catalizadores y como almacenes de información genética podría haber influido en la [[evolución biológica|evolución]] del [[código genético]] actual, basado en cuatro [[nucleótido]]s. Esto se debería a que el número de bases únicas en un organismo es un compromiso entre un número pequeño de bases (lo que aumentaría la precisión de la replicación) y un número grande de bases (que a su vez aumentaría la eficiencia catalítica de las ribozimas).<ref>{{cita publicación|autor=Szathmáry, E. |título=What is the optimum size for the genetic alphabet? |url=http://www.pnas.org/cgi/reprint/89/7/2614.pdf |revista=Proc Natl Acad Sci U S A |volumen=89 |número=7 |páginas=2614-8 |año=1992 |pmid=1372984 |doi=10.1073/pnas.89.7.2614}}</ref>

Desafortunadamente, no se cuenta con evidencia directa de los sistemas genéticos ancestrales porque la recuperación del ADN a partir de la mayor parte de los fósiles es imposible. Esto se debe a que el ADN es capaz de sobrevivir en el medio ambiente durante menos de un millón de años, y luego empieza a degradarse lentamente en fragmentos de menor tamaño en solución.<ref>{{cita publicación|autor=Lindahl, T. |título=Instability and decay of the primary structure of DNA |revista=Nature |volumen=362 |número=6422 |páginas=709-15 |año=1993 |pmid=8469282 | doi = 10.1038/362709a0 <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref> Algunas investigaciones pretenden que se ha obtenido ADN más antiguo, por ejemplo un informe sobre el aislamiento de una bacteria viable a partir de un cristal salino de 250 millones de años de antigüedad,<ref>{{cita publicación|autor=Vreeland, R., Rosenzweig, W., Powers, D. |título=Isolation of a 250 million-year-old halotolerant bacterium from a primary salt crystal |revista=Nature |volumen=407 |número=6806 |páginas=897-900 |año=2000 |pmid=11057666 | doi = 10.1038/35038060 <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->}}</ref> pero estos datos son controvertidos.<ref>{{cita publicación|autor=Hebsgaard, M., Phillips, M., Willerslev, E. |título=Geologically ancient DNA: fact or artefact? |url=https://archive.org/details/sim_trends-in-microbiology_2005-05_13_5/page/212 |revista=Trends Microbiol |volumen=13 |número=5 |páginas=212-20 |año=2005 |pmid=15866038 |doi=10.1016/j.tim.2005.03.010}}</ref><ref>{{cita publicación|url=https://archive.org/details/sim_journal-of-molecular-evolution_2002-01_54_1/page/134|título=Curiously modern DNA for a “250 million-year-old” bacterium|autor=Nickle, D., Learn, G., Rain, M., Mullins, J., Mittler, J.|publicación=|volumen=54|número=1|páginas=134-7|doi=10.1007/s00239-001-0025-x <!--Retrieved from PMID by DOI bot-->|pmid=11734907|año=2002|revista=J Mol Evol}}</ref>

Sin embargo, pueden utilizarse herramientas de evolución molecular para inferir los genomas de organismos ancestrales a partir de organismos contemporáneos.<ref name="Birnbaum2000">{{cita publicación|título=“Paleogenomics”: looking in the past to the future|autor=Birnbaum, D., Coulier, F., Pébusque, M. J., Pontarotti, P.|publicación=J Exp Zool.|volumen=288|número=(1):|id=21-2|año=2000}} [http://www3.interscience.wiley.com/journal/71006535/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0]</ref><ref name="Blanchette2004">{{cita publicación|título=Reconstructing large regions of an ancestral mammalian genome in silico|autor=Blanchette, M., Green, E. D., Miller, W., Haussler, D.|publicación=Genome Res.|volumen=14|número=(12):|id=2412-23|año=2004}} Erratum in: Genome Res. 2005 Mar;15(3):451.[http://genome.cshlp.org/cgi/content/full/14/12/2412]</ref> En muchos casos, estas inferencias son suficientemente fiables, de manera que una biomolécula codificada en un genoma ancestral puede resucitarse en el laboratorio para ser estudiada hoy.<ref name="Gaucher2003">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/13679914/|título=Inferring the palaeoenvironment of ancient bacteria on the basis of resurrected proteins|apellidos=Gaucher|nombre=Eric A.|apellidos2=Thomson|nombre2=J. Michael|fecha=2003-09-18|publicación=Nature|volumen=425|número=6955|páginas=285–288|fechaacceso=2024-08-23|issn=1476-4687|doi=10.1038/nature01977|pmid=13679914|apellidos3=Burgan|nombre3=Michelle F.|apellidos4=Benner|nombre4=Steven A.}}</ref><ref name="Thornton2004">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15143319/|título=Resurrecting ancient genes: experimental analysis of extinct molecules|apellidos=Thornton|nombre=Joseph W.|fecha=Mayo de 2004|publicación=Nature Reviews. Genetics|volumen=5|número=5|páginas=366–375|fechaacceso=2024-08-23|issn=1471-0056|doi=10.1038/nrg1324|pmid=15143319}}</ref> Una vez que la biomolécula ancestral se ha resucitado, sus propiedades pueden ofrecer inferencias sobre ambientes y estilos de vida primigenios. Este proceso se relaciona con el campo emergente de la ''paleogenética experimental''.<ref name="Brenner2002">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11988562/|título=Planetary biology--paleontological, geological, and molecular histories of life|apellidos=Benner|nombre=Steven A.|apellidos2=Caraco|nombre2=M. Daniel|fecha=2002-05-03|publicación=Science (New York, N.Y.)|volumen=296|número=5569|páginas=864–868|fechaacceso=2024-08-23|issn=1095-9203|doi=10.1126/science.1069863|pmid=11988562|apellidos3=Thomson|nombre3=J. Michael|apellidos4=Gaucher|nombre4=Eric A.}}</ref>

A pesar de todo, el proceso de trabajo ''hacia atrás'' desde el presente tiene limitaciones inherentes, razón por la cual otros investigadores tratan de elucidar el mecanismo evolutivo trabajando desde el origen de la Tierra en adelante. Dada suficiente información sobre la química en el cosmos, la manera en la que las sustancias cósmicas podrían haberse depositado en la Tierra, y las transformaciones que podrían haber tenido lugar en la superficie terrestre primigenia, tal vez podríamos ser capaces de aprender sobre los orígenes para desarrollar modelos de evolución ulterior de la información genética<ref name="Brenner2006">{{cita libro|autor=Brenner, S. A., Carrigan, M. A., Ricardo, A., Frye, F.|título=The RNA World, 3rd Ed.|año=2006|editorial=Cold Spring Harbor Laboratory Press|capítulo=Setting the stage: the history, chemistry and geobiology behind RNA|isbn=0-87969-739-3}}[http://rna.cshl.edu/] {{Wayback|url=http://rna.cshl.edu/|date=20110810120256}}</ref> (véase también el artículo sobre el [[origen de la vida]]).

== Técnicas comunes ==

El conocimiento de la estructura del ADN ha permitido el desarrollo de multitud de herramientas tecnológicas que explotan sus propiedades fisicoquímicas para analizar su implicación en problemas concretos: por ejemplo, desde [[análisis filogenético|análisis filogeńeticos]] para detectar similitudes entre diferentes [[taxón|taxones]], a la caracterización de la variabilidad individual de un paciente en su respuesta a un determinado [[fármaco]], pasando por un enfoque global, a nivel [[genómica|genómico]], de cualquier característica específica en un grupo de individuos de interés.
<ref name="griffiths">{{cita libro|autor=Griffiths, J. F. A. ''et al.''|título=Genética|año=2002|editorial=McGraw-Hill Interamericana|isbn = 84-486-0368-0}}</ref>

Podemos clasificar las metodologías de análisis del ADN en aquellas que buscan su multiplicación, ya ''in vivo'', como la [[reacción en cadena de la polimerasa]] (PCR), ya ''in vitro'', como la [[clonación]], y aquellas que explotan las propiedades específicas de elementos concretos, o de genomas adecuadamente clonados. Es el caso de la secuenciación de ADN y de la hibridación con sondas específicas (''Southern blot'' y ''chips'' de ADN).

=== Tecnología del ADN recombinante ===

{{AP|ADN recombinante}}
La tecnología del ADN recombinante, piedra angular de la [[ingeniería genética]], permite propagar grandes cantidades de un fragmento de ADN de interés, el cual se dice que ha sido clonado. Para ello, debe introducirse dicho fragmento en otro elemento de ADN, generalmente un [[plásmido]], que posee en su secuencia los elementos necesarios para que la maquinaria celular de un hospedador, normalmente ''[[Escherichia coli]]'', lo replique. De este modo, una vez [[transformación (genética)|transformada]] la cepa bacteriana, el fragmento de ADN clonado se reproduce cada vez que aquella se divide.<ref name="watson">{{cita libro|apellidos=Watson|nombre=J. D.|coautores=Baker, T. A.; Bell, S. P.; Gann, A.; Levine, M. y Losick, R.|título=Molecular Biology of the Gene|edición=Fifth edition|año=2004|editorial=Benjamin Cummings|ubicación=San Francisco|isbn = 0-321-22368-3}}</ref>

Para clonar la secuencia de ADN de interés, se emplean [[enzima]]s como herramientas de corte y empalme del fragmento y del vector (el plásmido). Dichas enzimas corresponden a dos grupos: en primer lugar, las [[enzima de restricción|enzimas de restricción]], que poseen la capacidad de reconocer y cortar secuencias específicas; en segundo lugar, la [[ADN ligasa]], que establece un [[enlace covalente]] entre extremos de ADN compatibles<ref name="griffiths" /> (ver sección [[#Nucleasas y ligasas|Nucleasas y ligasas]]).

=== Secuenciación ===

{{AP|Secuenciación de ADN}}
La secuenciación del ADN consiste en dilucidar el orden de los [[nucleótido]]s de un polímero de ADN de cualquier longitud, si bien suele dirigirse hacia la determinación de [[genoma]]s completos, debido a que las técnicas actuales permiten realizar esta secuenciación a gran velocidad, lo cual ha sido de gran importancia para proyectos de secuenciación a gran escala como el [[Proyecto Genoma Humano]]. Otros proyectos relacionados, en ocasiones fruto de la colaboración de científicos a escala mundial, han establecido la secuencia completa del ADN de muchos [[genoma]]s de [[animalia|animales]], [[plantae|plantas]] y [[microorganismo]]s.

El método de secuenciación de [[Frederick Sanger|Sanger]] ha sido el más empleado durante el {{siglo|XX||s}}. Se basa en la síntesis de ADN en presencia de [[didesoxinucleósido]]s, compuestos que, a diferencia de los desoxinucleósidos normales (dNTPs), carecen de un grupo hidroxilo en su extremo 3'. Aunque los didesoxinucleótidos trifosfatados (ddNTPs) pueden incorporarse a la cadena en síntesis, la carencia de un extremo 3'‑OH imposibilita la generación de un nuevo enlace fosfodiéster con el nucleósido siguiente; por tanto, provocan la terminación de la síntesis. Por esta razón, el método de secuenciación también se denomina «de terminación de cadena». La reacción se realiza usualmente preparando un tubo con el ADN molde, la polimerasa, un cebador, dNTPs convencionales y una pequeña cantidad de ddNTPs marcados fluorescentemente en su base nitrogenada. De este modo, el ddTTP puede ir marcado en azul, el ddATP en rojo, etc. Durante la polimerización, se van truncando las cadenas crecientes, al azar, en distintas posiciones. Por tanto, se produce una serie de productos de distinto tamaño, coincidiendo la posición de la terminación debido a la incorporación del ddNTP correspondiente. Una vez terminada la reacción, es posible correr la mezcla en una [[electroforesis capilar]] (que resuelve todos los fragmentos según su longitud) en la cual se lee la fluorescencia para cada posición del polímero. En nuestro ejemplo, la lectura azul‑rojo‑azul‑azul se traduciría como TATT.<ref>Sanger, F., Coulson, A. R. «A rapid method for determining sequences in DNA by primed synthesis with DNA polymerase.» ''J Mol Biol.'' 1975 Mayo 25;94(3):441-448.</ref><ref>Sanger, F., Nicklen, S., y Coulson, A. R., «DNA sequencing with chain-terminating inhibitors.» ''Proc Natl Acad Sci U S A'', diciembre de 1977; 74(12): 5463-5467.</ref>

=== Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) ===

{{AP|Reacción en cadena de la polimerasa}}
La reacción en cadena de la polimerasa, habitualmente conocida como PCR por sus siglas en inglés, es una técnica de [[biología molecular]] descrita en 1986 por [[Kary Mullis]],<ref name="Bartlett & Stirling">{{Cita web |url=http://biomed.humanapress.com/index.php?option=com_opbookdetails&task=chapterdetails&chapter_code=1-59259-384-4:3&category=biomedprotocols |título=Bartlett & Stirling (2003) «A Short History of the Polymerase Chain Reaction.» En: ''Methods Mol Biol''. 226:3-6. |fechaacceso=14 de abril de 2008 |urlarchivo=https://web.archive.org/web/20071224105111/http://biomed.humanapress.com/index.php?option=com_opbookdetails&task=chapterdetails&chapter_code=1-59259-384-4:3&category=biomedprotocols |fechaarchivo=24 de diciembre de 2007 }}</ref> cuyo objetivo es obtener un gran número de copias de un fragmento de [[ADN]] dado, partiendo de una escasa cantidad de aquel. Para ello, se emplea una [[ADN polimerasa]] termoestable que, en presencia de una mezcla de los cuatro [[desoxinucleótido]]s, un tampón de la fuerza iónica adecuada y los [[catión|cationes]] precisos para la actividad de la enzima, dos oligonucleótidos (denominados cebadores) complementarios aparte de la secuencia (situados a distancia suficiente y en sentido antiparalelo) y bajo unas condiciones de temperatura adecuadas, moduladas por un aparato denominado [[termociclador]], genera [[exponencial]]mente nuevos fragmentos de ADN semejantes al original y acotados por los dos cebadores.<ref name="watson" />

La PCR puede efectuarse como una técnica de punto final, esto es, como una herramienta de generación del ADN deseado, o como un método continuo, en el que se evalúe dicha polimerización a tiempo real. Esta última variante es común en la [[PCR cuantitativa]].<ref name="griffiths" />

=== ''Southern blot'' ===

{{AP|Southern blot}}
El método de «hibridación Southern» o ''Southern blot'' (el nombre original en el [[idioma inglés]]) permite la detección de una secuencia de ADN en una muestra compleja o no del ácido nucleico. Para ello, combina una separación mediante [[masa]] y [[Carga eléctrica|carga]] (efectuada mediante una [[electroforesis en gel]]) con una hibridación con una sonda de ácido nucleico marcada de algún modo (ya sea con [[radiactividad]] o con un compuesto químico) que, tras varias reacciones, dé lugar a la aparición de una señal de [[color]] o [[fluorescencia]]. Dicha hibridación se realiza tras la transferencia del ADN separado mediante la electroforesis a una membrana de filtro. Una técnica semejante, pero en la cual no se produce la mencionada separación electroforética se denomina ''[[dot blot]]''.

El método recibe su nombre en honor a su inventor, el [[biólogo]] inglés [[Edwin Southern]].<ref>Southern, E. M. (1975): «Detection of specific sequences among DNA fragments separated by gel electrophoresis.» ''J Mol Biol.'', 98:503-517. PMID 1195397</ref> Por analogía al método Southern, se han desarrollado técnicas semejantes que permiten la detección de secuencias dadas de ARN (método [[Northern blot|Northern]], que emplea sondas de ARN o ADN marcadas)<ref>{{cita publicación|autor=Alwine, J. C., Kemp, D. J., Stark, G. R. |título=Method for detection of specific RNAs in agarose gels by transfer to diazobenzyloxymethyl-paper and hybridization with DNA probes |revista=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volumen=74 |número=12 |páginas=5350-4 |año=1977 |pmid=414220 | doi = 10.1073/pnas.74.12.5350}}</ref> o de proteínas específicas (técnica [[Western blot|Western]], basada en el uso de [[anticuerpo]]s).<ref>{{cita publicación|autor = Neal Burnette, W.|título = 'Western blotting': electrophoretic transfer of proteins from sodium dodecyl sulfate — polyacrylamide gels to unmodified nitrocellulose and radiographic detection with antibody and radioiodinated protein A|revista = Analytical Biochemistry|año = 1981|mes = abril|volumen = 112|número = 2|páginas = 195-203|issn = 0003-2697|editorial = Academic Press|ubicación = United States|pmid = 6266278|doi = 10.1016/0003-2697(81)90281-5|url = http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6W9V-4DYTNJ8-1FB&_user=10&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=f45e0364aabbcacb8f4f75540e622fd0|fechaacceso = 3 de abril de 2008|publicación = |urlarchivo = https://web.archive.org/web/20080514135648/http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6W9V-4DYTNJ8-1FB&_user=10&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=f45e0364aabbcacb8f4f75540e622fd0|fechaarchivo = 14 de mayo de 2008}}</ref>

=== ''Chips'' de ADN ===

{{AP|Chip de ADN}}
[[Archivo:Microarray2.gif|miniatura|''Microarray'' con 37&nbsp;500 oligonucleótidos específicos. Arriba a la izquierda se puede apreciar una región ampliada del ''chip''.]]
Los ''chips'' de ADN son colecciones de [[oligonucleótido]]s de ADN complementario dispuestos en hileras fijadas sobre un soporte, frecuentemente de cristal. Se utilizan para el estudio de mutaciones de genes conocidos o para monitorizar la expresión génica de una preparación de ARN.

== Aplicaciones ==

=== Ingeniería genética ===

{{VT|Ingeniería genética|biología molecular}}
La investigación sobre el ADN tiene un impacto significativo, especialmente en el ámbito de la [[medicina]], pero también en agricultura y ganadería (donde los objetivos son los mismos que con las técnicas tradicionales que el hombre lleva utilizando desde hace milenios —la domesticación, la selección y los cruces dirigidos— para obtener variedades de animales y plantas más productivos). La moderna biología y bioquímica hacen uso intensivo de la [[tecnología]] del [[ADN recombinante]], introduciendo genes de interés en seres vivos, con el objetivo de expresar una proteína recombinante concreta, que puede ser:

* aislada para su uso posterior: por ejemplo, se pueden transformar [[microorganismo]]s para convertirlos en auténticas fábricas que producen grandes cantidades de sustancias útiles, como [[insulina]] o [[vacuna]]s, que posteriormente se aíslan y se utilizan terapéuticamente.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/91311/|título=Use of recombinant DNA technology for the production of polypeptides|apellidos=Miller|nombre=W. L.|fecha=1979|publicación=Advances in Experimental Medicine and Biology|volumen=118|páginas=153–174|fechaacceso=2023-09-30|issn=0065-2598|doi=10.1007/978-1-4684-0997-0_16|pmid=91311}}</ref><ref name="Leader2008">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18097458/|título=Protein therapeutics: a summary and pharmacological classification|apellidos=Leader|nombre=Benjamin|apellidos2=Baca|nombre2=Quentin J.|fecha=Enero de 2008|publicación=Nature Reviews. Drug Discovery|volumen=7|número=1|páginas=21–39|fechaacceso=2023-09-30|issn=1474-1784|doi=10.1038/nrd2399|pmid=18097458|apellidos3=Golan|nombre3=David E.}}</ref><ref name="Dingermann2008">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18041103/|título=Recombinant therapeutic proteins: production platforms and challenges|apellidos=Dingermann|nombre=Theo|fecha=Enero de 2008|publicación=Biotechnology Journal|volumen=3|número=1|páginas=90–97|fechaacceso=2023-09-30|issn=1860-7314|doi=10.1002/biot.200700214|pmid=18041103}}</ref>

* necesaria para reemplazar la expresión de un gen endógeno dañado que ha dado lugar a una patología, lo que permitiría el restablecimiento de la actividad de la proteína perdida y finalmente la recuperación del estado fisiológico normal, no patológico. Este es el objetivo de la [[terapia génica]], uno de los campos en los que se está trabajando activamente en medicina, analizando ventajas e inconvenientes de diferentes sistemas de administración del gen (virales y no virales) y los mecanismos de selección del punto de integración de los elementos genéticos (distintos para los virus y los transposones) en el genoma diana.<ref name="Voigt2008">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18607557/|título=Targeted gene insertion for molecular medicine|apellidos=Voigt|nombre=Katrin|apellidos2=Izsvák|nombre2=Zsuzsanna|fecha=Noviembre de 2008|publicación=Journal of Molecular Medicine (Berlin, Germany)|volumen=86|número=11|páginas=1205–1219|fechaacceso=2023-09-30|issn=0946-2716|doi=10.1007/s00109-008-0381-8|pmid=18607557|apellidos3=Ivics|nombre3=Zoltán}}</ref> En este caso, antes de plantearse la posibilidad de realizar una terapia génica en una determinada patología, es fundamental comprender el impacto del gen de interés en el desarrollo de dicha patología, para lo cual es necesario el desarrollo de un modelo animal, eliminando o modificando dicho gen en un animal de laboratorio, mediante la técnica ''[[knockout de genes|knockout]]''.<ref>{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17172731/|título=Transgenic animal models in biomedical research|apellidos=Houdebine|nombre=Louis-Marie|fecha=2007|publicación=Methods in Molecular Biology (Clifton, N.J.)|volumen=360|páginas=163–202|fechaacceso=2023-09-30|issn=1064-3745|doi=10.1385/1-59745-165-7:163|pmid=17172731}}</ref> Solo en el caso de que los resultados en el modelo animal sean satisfactorios se procedería a analizar la posibilidad de restablecer el gen dañado mediante terapia génica.

* utilizada para enriquecer un alimento: por ejemplo, la composición de la leche (una importante fuente de proteínas para el consumo humano y animal) puede modificarse mediante transgénesis, añadiendo genes exógenos y desactivando genes endógenos para mejorar su valor nutricional, reducir infecciones en las glándulas mamarias, proporcionar a los consumidores proteínas antipatógenas y preparar proteínas recombinantes para su uso farmacéutico.<ref name="Soler2006">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17107647/|título=Preparation of recombinant proteins in milk to improve human and animal health|apellidos=Soler|nombre=Eric|apellidos2=Thépot|nombre2=Dominique|fecha=Septiembre de 2006|publicación=Reproduction Nutrition Development|volumen=46|número=5|páginas=579–588|fechaacceso=2023-09-30|issn=0926-5287|doi=10.1051/rnd:2006029|apellidos3=Rival-Gervier|nombre3=Sylvie|apellidos4=Jolivet|nombre4=Geneviève|apellidos5=Houdebine|nombre5=Louis-Marie}}</ref><ref name="chávez2003">{{Cita publicación|url=https://www.nature.com/articles/1601809|título=Nutrigenomics in public health nutrition: short-term perspectives|apellidos=Chávez|nombre=A.|apellidos2=Muñoz de Chávez|nombre2=M.|fecha=Septiembre de 2003|publicación=European Journal of Clinical Nutrition|volumen=57|número=1|páginas=S97–S100|fechaacceso=2023-09-30|idioma=en|issn=1476-5640|doi=10.1038/sj.ejcn.1601809}}</ref>

* útil para mejorar la resistencia del organismo transformado: por ejemplo en plantas se pueden introducir genes que confieren resistencia a patógenos (virus, insectos, hongos…), así como a agentes estresantes abióticos (salinidad, sequedad, metales pesados…).<ref name="Vasil2007">{{Cita publicación|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17431631/|título=Molecular genetic improvement of cereals: transgenic wheat (Triticum aestivum L.)|apellidos=Vasil|nombre=Indra K.|fecha=Agosto de 2007|publicación=Plant Cell Reports|volumen=26|número=8|páginas=1133–1154|fechaacceso=2023-09-30|issn=0721-7714|doi=10.1007/s00299-007-0338-3|pmid=17431631}}</ref><ref>{{cita publicación|autor=Daniell, H., Dhingra, A. |título=Multigene engineering: dawn of an exciting new era in biotechnology |revista=Curr Opin Biotechnol |volumen=13 |número=2 |páginas=136-41 |año=2002 |pmid=11950565 |doi=10.1016/S0958-1669(02)00297-5}}</ref><ref>{{cita publicación|autor=Job D |título=Plant biotechnology in agriculture |revista=Biochimie |volumen=84 |número=11 |páginas=1105-10 |año=2002 |pmid=12595138 |doi=10.1016/S0300-9084(02)00013-5}}</ref>

=== Medicina forense ===

{{VT|Huella genética}}

Los [[medicina forense|médicos forenses]] pueden utilizar el ADN presente en la [[sangre]], el [[semen]], la [[piel]], la [[saliva (líquido)|saliva]] o el [[pelo]] en la escena de un crimen, para identificar al responsable. Esta técnica se denomina [[huella genética]], o también «perfil de ADN». Al realizar la huella genética, se compara la longitud de secciones altamente variables de ADN repetitivo, como los [[microsatélites]], entre personas diferentes. Este método es frecuentemente muy fiable para identificar a un criminal.<ref>{{cita publicación|autor=Collins, A., Morton, N. |título=Likelihood ratios for DNA identification | url=http://www.pnas.org/cgi/reprint/91/13/6007.pdf | revista=Proc Natl Acad Sci USA |volumen=91 |número=13 | páginas=6007-11 |año=1994 |pmid=8016106 |doi=10.1073/pnas.91.13.6007}}</ref> Sin embargo, la identificación puede complicarse si la escena está contaminada con ADN de personas diferentes.<ref>{{cita publicación|autor=Weir, B., Triggs, C., Starling, L., Stowell, L., Walsh, K., Buckleton, J. |título=Interpreting DNA mixtures |url=https://archive.org/details/sim_journal-of-forensic-sciences_1997-03_42_2/page/213 | revista=J Forensic Sci |volumen=42 |número=2 | páginas=213-22 |año=1997 |pmid=9068179}}</ref> La técnica de la huella genética fue desarrollada en 1984 por el genetista británico ''sir'' [[Alec Jeffreys]],<ref>{{cita publicación|autor=Jeffreys, A., Wilson, V., Thein, S. |título=Individual-specific 'fingerprints' of human DNA | revista=Nature |volumen=316 |número=6023 | páginas=76-9 |año=1985|pmid=2989708 |doi=10.1038/316076a0}}</ref> y fue utilizada por primera vez en medicina forense para condenar a [[Colin Pitchfork]] por los asesinatos de [[Narborough (Leicestershire)|Narborough]] en 1983 y de [[Enderby (Leicestershire)|Enderby]] en 1986.<ref>[https://web.archive.org/web/20061214004903/http://www.forensic.gov.uk/forensic_t/inside/news/list_casefiles.php?case=1 «Colin Pitchfork — first murder conviction on DNA evidence also clears the prime suspect.»] Forensic Science Service. Consultado el 23 de diciembre de 2006.</ref> Se puede requerir a las personas acusadas de ciertos tipos de crímenes que proporcionen una muestra de ADN para introducirlos en una base de datos. Esto ha facilitado la labor de los investigadores en la resolución de casos antiguos, donde solo se obtuvo una muestra de ADN de la escena del crimen, en algunos casos permitiendo exonerar a un convicto. La huella genética también puede utilizarse para identificar víctimas de accidentes en masa,<ref>{{cita web |url=http://massfatality.dna.gov/Introduction/ |título=DNA Identification in Mass Fatality Incidents |fecha=septiembre de 2006 |editorial=National Institute of Justice |urlarchivo=https://web.archive.org/web/20061112000837/http://massfatality.dna.gov/Introduction/ |fechaarchivo=12 de noviembre de 2006 }}</ref> o para realizar pruebas de consanguinidad ([[prueba de paternidad]]).<ref>Bhattacharya, Shaoni. [http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn4908 «Killer convicted thanks to relative's DNA».] ''newscientist.com'' (20 abril 2004). Consultado el 22 de diciembre de 2006.</ref>

=== Bioinformática ===

{{VT|Bioinformática}}
La [[bioinformática]] implica la manipulación, búsqueda y [[data mining|extracción de información]] de los datos de la secuencia del ADN. El desarrollo de las técnicas para almacenar y buscar secuencias de ADN ha generado avances en el desarrollo de [[software]] de los ordenadores, para muchas aplicaciones, especialmente [[string|algoritmos de búsqueda de frases]], [[aprendizaje automático]] y teorías de [[base de datos|bases de datos]].<ref>{{cita libro|autor=Baldi, Pierre; Brunak, Soren|título=Bioinformatics: The Machine Learning Approach|editorial=[[MIT Press]]|fecha=2001|isbn=978-0-262-02506-5}}</ref> La búsqueda de frases o algoritmos de coincidencias, que buscan la ocurrencia de una secuencia de letras dentro de una secuencia de letras mayor, se desarrolló para buscar secuencias específicas de nucleótidos.<ref>Gusfield, Dan. ''Algorithms on Strings, Trees, and Sequences: Computer Science and Computational Biology''. [[Cambridge University Press]], 15 January 1997. {{ISBN|978-0-521-58519-4}}.</ref> En otras aplicaciones como [[editor de texto|editores de textos]], incluso algoritmos simples pueden funcionar, pero las secuencias de ADN pueden generar que estos algoritmos presenten un comportamiento de casi-el-peor-caso, debido al bajo número de caracteres. El problema relacionado del [[alineamiento de secuencias]] persigue identificar secuencias [[homología (biología)|homólogas]] y localizar [[mutación|mutaciones]] específicas que las diferencian. Estas técnicas, fundamentalmente el [[alineamiento múltiple de secuencias]], se utilizan al estudiar las relaciones [[filogenia|filogenéticas]] y la función de las proteínas.<ref>{{cita publicación|autor=Sjölander, K. |título=Phylogenomic inference of protein molecular function: advances and challenges | url=http://bioinformatics.oxfordjournals.org/cgi/reprint/20/2/170 | revista=Bioinformatics |volumen=20 |número=2 | páginas=170-9 |año=2004 |pmid=14734307 | doi = 10.1093/bioinformatics/bth021 <!--Retrieved from URL by DOI bot-->}}</ref> Las colecciones de datos que representan secuencias de ADN del tamaño de un genoma, tales como las producidas por el [[Proyecto Genoma Humano]], son difíciles de usar sin anotaciones, que marcan la localización de los genes y los elementos reguladores en cada cromosoma. Las regiones de ADN que tienen patrones asociados con genes que codifican proteínas —o ARN— pueden identificarse por algoritmos de [[predicción de genes|localización de genes]], lo que permite a los investigadores predecir la presencia de [[producto génico|productos génicos]] específicos en un organismo incluso antes de que haya sido aislado experimentalmente.<ref name="Mount">{{cita libro|autor=Mount, D. M.|título=Bioinformatics: Sequence and Genome Analysis|edición=2|editorial=Cold Spring Harbor Laboratory Press|ubicación=Cold Spring Harbor, NY|fecha=2004|isbn=0879697121}}</ref>

=== Nanotecnología de ADN ===

[[Archivo:DNA nanostructures.png|miniatura|400px|La estructura de ADN de la izquierda (mostrada de forma esquemática) se auto-ensambla en la estructura visualizada por [[microscopio de fuerza atómica|microscopía de fuerza atómica]] a la derecha. La [[nanotecnología]] de ADN es el campo que busca diseñar estructuras a nanoescala utilizando las propiedades de reconocimiento molecular de las moléculas de ADN. Imagen de Strong, 2004. {{doi-inline|10.1371/journal.pbio.0020073}}]]

{{VT|Nanotecnología}}
La nanotecnología de ADN utiliza las propiedades únicas de reconocimiento molecular del ADN y otros ácidos nucleicos para crear complejos ramificados auto-ensamblados con propiedades útiles. En este caso, el ADN se utiliza como un material estructural, más que como un portador de información biológica.<ref name="Yin2008">{{Cita publicación|url=https://www.science.org/doi/10.1126/science.1157312|título=Programming DNA Tube Circumferences|apellidos=Yin|nombre=Peng|apellidos2=Hariadi|nombre2=Rizal F.|fecha=2008-08-08|publicación=Science|volumen=321|número=5890|páginas=824–826|fechaacceso=2023-09-30|idioma=en|issn=0036-8075|doi=10.1126/science.1157312|apellidos3=Sahu|nombre3=Sudheer|apellidos4=Choi|nombre4=Harry M. T.|apellidos5=Park|nombre5=Sung Ha|apellidos6=LaBean|nombre6=Thomas H.|apellidos7=Reif|nombre7=John H.}}</ref> Esto ha conducido a la creación de láminas periódicas de dos dimensiones (ambas basadas en azulejos, así como usando el método de ''ADN origami''<ref>Modelos de ADN en papiroflexia realizados en el Sanger Center (UK) [https://web.archive.org/web/20080731210322/http://www.sanger.ac.uk/Users/agb/Origami/DNA/]</ref>), además de estructuras en tres dimensiones con forma de [[poliedro]]s.

=== Historia, antropología y paleontología ===

{{VT|Filogenia|Genealogía molecular}}
A lo largo del tiempo, el ADN almacena mutaciones que se heredan y, por tanto, contiene información histórica, de manera que comparando secuencias de ADN, los genetistas pueden inferir la historia evolutiva de los organismos, su [[filogenia]].<ref>{{cita publicación|autor=Wray, G. |título=Dating branches on the tree of life using DNA | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=11806830 | revista=Genome Biol |volumen=3 |número=1 | páginas=REVIEWS0001 |año=2002 |pmid=11806830 | doi = 10.1046/j.1525-142X.1999.99010.x <!--Retrieved from URL by DOI bot-->}}</ref> La investigación filogenética es una herramienta fundamental en [[biología evolutiva]]. Si se comparan las secuencias de ADN dentro de una especie, los [[genética de poblaciones|genetistas de poblaciones]] pueden conocer la historia de poblaciones particulares. Esto se puede utilizar en una amplia variedad de estudios, desde [[ecología]] hasta [[antropología]], como ilustra el análisis de ADN llevado a cabo para identificar las Diez Tribus Perdidas de Israel.<ref>{{Cita web| título = Lost Tribes of Israel - Broadcast Transcript Nova (TV series)| sitioweb = PBS.org | fecha= 22 de Febrero de 2000. | url= http://www.pbs.org/wgbh/nova/transcripts/2706israel.html| fechaacceso =4 marzo de 2006) | urlarchivo = https://web.archive.org/web/20011108024219/http://www.pbs.org/wgbh/nova/transcripts/2706israel.html | fechaarchivo = 8 de noviembre de 2001}}</ref><ref>{{Cita web| autor = Kleiman, Yaakov | url= http://www.aish.com/societywork/sciencenature/the_cohanim_-_dna_connection.asp | título =The Cohanim - DNA Connection: The fascinating story of how DNA studies confirm an ancient biblical tradition| urlarchivo= https://web.archive.org/web/20160425030959/http://www.aish.com/ci/sam/48936742.html | fechaarchivo=25 de abril de 2016 |sitioweb = aish.com | fecha =13 enero 2000|fechaacceso= 4 de marzo de 2006}}</ref> Por otro lado, el ADN también se utiliza para estudiar relaciones familiares recientes.

Igualmente en [[paleontología]] (en la [[paleogenética]]) el ADN en algunos casos también se puede utilizar para estudiar a especies extintas ([[ADN fósil]]).

== Véase también ==
* [[Cromatina]]
* [[Cromosoma]]
* [[Genoma]]
* [[Genoma humano]]
* [[:Categoría:Genética|Glosario de términos relacionados con el genoma]]
* [[Genes MEIS]]
* [[Cerberus (Proteína)|Cerberus]]
* [[Desoxirribonucleótido]]
* [[Genes HOX]] y [[genes PARAHOX]]
* [[Genética]]
* [[Medicina genómica]]
* [[Prueba de ADN]]
* [[Elementos funcionales del ADN]]

== Referencias ==

=== Notas ===
{{Listaref|2}}

=== Bibliografía ===

* Calladine, Chris R.; Drew, Horace R., Ben F. y Travers, Andrew A. ''Understanding DNA'', Elsevier Academic Press, 2003. {{ISBN|978-0-12-155089-9}}.
* Clayton, Julie. (Ed.). ''50 Years of DNA'', Palgrave MacMillan Press, 2003. {{ISBN|978-1-4039-1479-8}}.
* Judson, Horace Freeland. ''The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology'', Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1996. {{ISBN|978-0-87969-478-4}}.   
* [[Robert Olby|Olby, Robert]]. ''The Path to The Double Helix: Discovery of DNA'' (1974), MacMillan, con introducción de Francis Crick; {{ISBN|978-0-486-68117-7}}.
* [[Matt Ridley|Ridley, Matt]]. ''Francis Crick: Discoverer of the Genetic Code (Eminent Lives)'', HarperCollins Publishers; 192 pp., {{ISBN|978-0-06-082333-7}}. 2006.
* [[Steven Rose|Rose, Steven]]. ''The Chemistry of Life'', Penguin, {{ISBN|978-0-14-027273-4}}.
* Watson, James D. y Francis H. C. Crick. [http://www.nature.com/nature/dna50/watsoncrick.pdf «A structure for Deoxyribose Nucleic Acid.»] (PDF). ''[[Nature]]'' 171, 737-738 pp. 25 de abril de 1953.
* Watson, James D. ''DNA: The Secret of Life'' {{ISBN|978-0-375-41546-3}}.
* Watson, James D. ''[[The Double Helix|The Double Helix: A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA (Norton Critical Editions)]]''. {{ISBN|978-0-393-95075-5}}.
* Watson, James D. ''Avoid boring people and other lessons from a life in science''. (2007) Nueva York: Random House. {{ISBN|978-0-375-41284-4}}. 

== Enlaces externos ==

{{commonscat|DNA}}
{{wikiquote|Ácido desoxirribonucleico}}
{{wikcionario}}
{{Wikcionario|ADN cromosómico}}
{{Wikcionario|ADN recombinante}}
{{Wikcionario|ADN nuclear}}
{{Wikcionario|ADN mitocondrial}}
{{Wikcionario|ADN ribosomal}}
* [http://biomodel.uah.es/model4/dna/ Modelo en 3 dimensiones de la estructura del ADN]. Interactivo. Requiere Java.
* [https://web.archive.org/web/20160122232025/http://smcg.cifn.unam.mx/enp-unam/03-EstructuraDelGenoma/animaciones/secuencia.swf El método de secuenciación de Sanger]

{{Control de autoridades}}

{{ORDENAR:Acido Desoxirribonucleico}}
[[Categoría:ADN]]
[[Categoría:Ácidos|Desoxirribonucleico]]
[[Categoría:Genética]]
[[Categoría:Palabras largas|Desoxirribonucleico]]
[[Categoría:Bioquímica]]
[[Categoría:Ciencia y tecnología de Suiza]]
[[Categoría:Ciencia de 1869]]
[[Categoría:Ciencia y tecnología de Reino Unido del siglo XX]]
[[Categoría:Ciencia de 1953]]
[[Categoría:Reino Unido en 1953]]