El ADN nuclear ( nADN ), o ácido desoxirribonucleico nuclear , es el ADN contenido dentro de cada núcleo celular de un organismo eucariota . [1] Codifica la mayor parte del genoma en eucariotas, mientras que el ADN mitocondrial y el ADN plástido codifican el resto. Se adhiere a la herencia mendeliana , con información proveniente de dos padres, un hombre y una mujer, en lugar de matrilinealmente (a través de la madre) como en el ADN mitocondrial. [2]
El ADN nuclear es un ácido nucleico , una biomolécula polimérica o biopolímero , que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas. Su estructura es una doble hélice , con dos hebras enrolladas entre sí, estructura descrita por primera vez por Francis Crick y James D. Watson (1953) utilizando datos recopilados por Rosalind Franklin . Cada hebra es una larga cadena polimérica de nucleótidos repetidos . [3] Cada nucleótido está compuesto por un azúcar de cinco carbonos, un grupo fosfato y una base orgánica. Los nucleótidos se distinguen por sus bases: purinas , bases grandes que incluyen adenina y guanina ; y pirimidinas , pequeñas bases que incluyen timina y citosina . Las reglas de Chargaff establecen que la adenina siempre se empareja con timina y la guanina siempre con citosina. Los grupos fosfato se mantienen unidos mediante un enlace fosfodiéster y las bases se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno . [4]
El ADN nuclear y el ADN mitocondrial difieren en muchos aspectos, empezando por su ubicación y estructura. El ADN nuclear se encuentra dentro del núcleo de las células eucariotas y generalmente tiene dos copias por célula, mientras que el ADN mitocondrial se encuentra en las mitocondrias y contiene entre 100 y 1000 copias por célula. La estructura de los cromosomas del ADN nuclear es lineal con extremos abiertos e incluye 46 cromosomas y contiene, por ejemplo, 3 mil millones de nucleótidos en los seres humanos, mientras que la estructura del cromosoma del ADN mitocondrial suele ser cerrada, circular y contiene, por ejemplo, 16.569 nucleótidos en los seres humanos. [5] El ADN nuclear en los animales es diploide y normalmente hereda el ADN de dos padres, mientras que el ADN mitocondrial es haploide y proviene únicamente de la madre. La tasa de mutación del ADN nuclear es inferior al 0,3%, mientras que la del ADN mitocondrial es generalmente mayor. [6]
El ADN nuclear es conocido como la molécula de la vida y contiene las instrucciones genéticas para el desarrollo de todos los organismos eucariotas. Se encuentra en casi todas las células del cuerpo humano, con excepciones como los glóbulos rojos . Todo el mundo tiene un modelo genético único, incluso los gemelos idénticos. [7] Los departamentos forenses como la Oficina de Aprehensión Criminal (BCA) y la Oficina Federal de Investigaciones (FBI) pueden utilizar técnicas que involucran ADN nuclear para comparar muestras en un caso. Las técnicas utilizadas incluyen la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que permite utilizar cantidades muy pequeñas de ADN haciendo copias de regiones específicas de la molécula, también conocidas como repeticiones cortas en tándem (STR). [8] [9]
Al igual que la mitosis , la meiosis es una forma de división de células eucariotas . La meiosis da lugar a cuatro células hijas únicas, cada una de las cuales tiene la mitad de cromosomas que la célula madre. Debido a que la meiosis crea células destinadas a convertirse en gametos (o células reproductivas), esta reducción en el número de cromosomas es crítica; sin ella, la unión de dos gametos durante la fertilización daría como resultado una descendencia con el doble de cromosomas normal.
La meiosis crea nuevas combinaciones de material genético en cada una de las cuatro células hijas. Estas nuevas combinaciones resultan del intercambio de ADN entre cromosomas emparejados. Tal intercambio significa que los gametos producidos mediante meiosis a menudo exhiben una variación genética considerable.
La meiosis implica dos rondas de división nuclear, no sólo una. Antes de someterse a la meiosis, una célula pasa por un período de interfase en el que crece, replica sus cromosomas y verifica todos sus sistemas para asegurarse de que esté lista para dividirse.
Al igual que la mitosis, la meiosis también tiene distintas etapas llamadas profase , metafase , anafase y telofase . Sin embargo, una diferencia clave es que durante la meiosis, cada una de estas fases ocurre dos veces: una vez durante la primera ronda de división, llamada meiosis I, y nuevamente durante la segunda ronda de división, llamada meiosis II. [10]
Antes de la división celular, el material de ADN de la célula original debe duplicarse para que después de la división celular, cada nueva célula contenga la cantidad total de material de ADN. El proceso de duplicación del ADN suele denominarse replicación . La replicación se denomina semiconservadora ya que cada nueva célula contiene una hebra de ADN original y una hebra de ADN recién sintetizada. La cadena polinucleotídica original de ADN sirve como plantilla para guiar la síntesis del nuevo polinucleótido complementario de ADN. La plantilla de ADN monocatenaria sirve para guiar la síntesis de una cadena complementaria de ADN. [11]
La replicación del ADN comienza en un sitio específico de la molécula de ADN llamado origen de replicación . La enzima helicasa desenrolla y separa una porción de la molécula de ADN, después de lo cual las proteínas de unión monocatenarias reaccionan y estabilizan las secciones monocatenarias separadas de la molécula de ADN. El complejo enzimático ADN polimerasa se une a la porción separada de la molécula e inicia el proceso de replicación. La ADN polimerasa solo puede conectar nuevos nucleótidos de ADN a una cadena de nucleótidos preexistente. Por lo tanto, la replicación comienza cuando una enzima llamada primasa ensambla un cebador de ARN en el origen de la replicación. El cebador de ARN consta de una secuencia corta de nucleótidos de ARN , complementaria a una pequeña sección inicial de la cadena de ADN que se está preparando para la replicación. Luego, la ADN polimerasa puede agregar nucleótidos de ADN al cebador de ARN y así comenzar el proceso de construcción de una nueva cadena complementaria de ADN. Posteriormente, el cebador de ARN se elimina enzimáticamente y se reemplaza con la secuencia apropiada de nucleótidos de ADN. Debido a que las dos hebras complementarias de la molécula de ADN están orientadas en direcciones opuestas y la ADN polimerasa sólo puede adaptarse a la replicación en una dirección, se emplean dos mecanismos diferentes para copiar las hebras de ADN. Una hebra se replica continuamente hasta desenrollarse, separando la porción de la molécula de ADN original; mientras que la otra hebra se replica de forma discontinua en sentido contrario con la formación de una serie de segmentos cortos de ADN llamados fragmentos de Okazaki . Cada fragmento de Okazaki requiere un cebador de ARN independiente. A medida que se sintetizan los fragmentos de Okazaki, los cebadores de ARN se reemplazan con nucleótidos de ADN y los fragmentos se unen entre sí formando una cadena complementaria continua. [12]
El daño del ADN nuclear es un problema persistente que surge de una variedad de fuentes disruptivas endógenas y exógenas. Los eucariotas han desarrollado un conjunto diverso de procesos de reparación del ADN que eliminan los daños del ADN nuclear. Estos procesos de reparación incluyen reparación por escisión de bases , reparación por escisión de nucleótidos , reparación recombinante homóloga , unión de extremos no homólogos y unión de extremos mediada por microhomología . Estos procesos de reparación son esenciales para mantener la estabilidad del ADN nuclear. La falta de actividad de reparación para mantenerse al día con la aparición de daños tiene varias consecuencias negativas. Los daños al ADN nuclear, así como las mutaciones y alteraciones epigenéticas que dichos daños provocan, se consideran una de las principales causas de cáncer . [ cita necesaria ] Los daños al ADN nuclear también están implicados en el envejecimiento [13] y las enfermedades neurodegenerativas . [14] [15]
El ADN nuclear está sujeto a mutaciones . Una causa importante de mutación es la replicación inexacta del ADN , a menudo mediante ADN polimerasas especializadas que sintetizan daños pasados en el ADN en la cadena plantilla ( síntesis de translesión propensa a errores ). [16] Las mutaciones también surgen por una reparación incorrecta del ADN. La vía de unión de extremos mediada por microhomología para la reparación de roturas de doble cadena es particularmente propensa a la mutación. [17] Las mutaciones que surgen en el ADN nuclear de la línea germinal suelen ser neutras o adaptativamente desventajosas. Sin embargo, la pequeña proporción de mutaciones que resultan ventajosas proporciona la variación genética sobre la cual opera la selección natural para generar nuevas adaptaciones.
