¿Cuál es la razón por la que la adenina no se puede emparejar con la guanina?
Porque para que el doble cadena de ADN se forme y se estabilice, los pares de bases en cada cadena deben poder “sentirse atraídos” a los pares de bases en la otra cadena, y administrar al mismo tiempo para mantener una distancia uniforme entre hilos . (La razón por la cual esto es necesario se basa en los requisitos de estabilidad de la molécula de ADN muy grande).
Ahora, el ADN (y su primo ARN) son polímeros hechos de cadenas de nucleótidos, cada uno unido a una columna vertebral de unidades repetidas de ribosa unida a fosfato o moléculas de azúcar desoxirribosa (robos para ARN, desoxirribosa para ADN). Esta columna vertebral estableció un conjunto de “restricciones mecánicas”, si se quiere, que definen la distancia entre nucleótidos consecutivos. También restringe mecánicamente cuánto puede “doblarse” y “curvarse” para dar a esos nucleótidos un “espacio de maniobra” para “acoger” y emparejarse con otro nucleótido en el filamento opuesto.
Observe que los nucleótidos pertenecen a dos familias de moléculas: las abultadas Purines y las Pyrimidinas más delgadas. La adenina y la guanina son purinas, citosina y timina son pirimidinas. Si intentas emparejar dos Purines abultadas, la separación del hilo sería demasiado grande, mientras que dos Pyrimidines delgadas harán que la separación sea demasiado pequeña. Y con pares de hilos separados por cantidades variables en toda su longitud, la estabilidad de la doble hélice estaría en peligro (por decir lo menos); de hecho, tal vez ni siquiera sea capaz de formar bobinas ordenadas y ordenadas que permitan que sea escondido en un núcleo.
Dado que la estabilidad de la doble hélice requiere que la separación del filamento sea lo más uniforme posible, y dado que solo tenemos dos nucleótidos cada uno en dos familias (una con moléculas grandes y la otra con moléculas más pequeñas), tiene sentido tener un nucleótido de cada familia en posiciones opuestas en la doble hélice. Y, de hecho, eso es exactamente lo que las células han estado haciendo desde su inicio. Lo que queda es la razón por la cual tenemos las parejas particulares que tenemos, y ninguna más. Para ayudar a responder, te presento el siguiente diagrama:
¿Dónde puedo encontrar notas escritas de bioquímica para estudiantes de primer año de MBBS?
¿Es la bioquímica una especialidad más fácil que la ingeniería mecánica?
¿Cuáles son las opciones de carrera después de la bioquímica en la India?
Los anteriores son los emparejamientos de bases estándar: adenina con timina y guanina con citosina. Tenga en cuenta la similitud de ambos pares. En particular, obsérvense las etiquetas con forma de flecha azul: esas son las posiciones donde los nucleótidos se unen al esqueleto de desoxirribosa-fosfato; y observe cómo están esencialmente en la misma posición relativa y distancia para cada par. Esto muestra que el emparejamiento de purina / pirimidina funciona para mantener las distancias de la cadena esencialmente iguales.
Ahora note las líneas discontinuas rojas etiquetadas como enlaces H: son enlaces de Hidrógeno, es decir, la atracción electrostática entre el hidrógeno y el oxígeno o el nitrógeno (y algunos otros elementos electronegativos). Los enlaces de hidrógeno son una fuerza estabilizadora atractiva cuando son operaciones, y en el caso de los pares de bases “correctos”, son tan grandes como viables para las moléculas involucradas. Este es un hecho muy importante: cuando por alguna razón las bases “incorrectas” se emparejan (por ejemplo, debido a un error en la replicación del ADN o una mutación inducida por un químico), el filamento en ese punto se debilita y se “tambalea” lo suficiente fuera de la alineación para ser notado por la “policía de emparejamiento”: enzimas que se unen en ese punto, luego cortar un pedazo de uno de los hilos y reconstruirlo a partir del otro utilizando los nucleótidos complementarios adecuados. (Por supuesto, estas enzimas de reparación tienen una probabilidad del 50/50 de extirpar la hebra “incorrecta”, pero no pueden saber qué nucleótido es el correcto: eligen al azar y reparan el daño dejando una doble hélice intachable).
(Todo esto es una simplificación de todo lo que está sucediendo en y alrededor de una molécula extremadamente importante y compleja. Hacer toda esta justicia sería un trabajo para un libro).
—-
TL; DR
Adenine no puede emparejarse con Guanine porque:
- Ambos son demasiado grandes y harían que la doble hélice se doble fuera de forma.
- Incluso si trataran de emparejarse, los enlaces de hidrógeno no serían lo suficientemente fuertes como para resistir el estrés mecánico causado por su tamaño.
- Finalmente, la deformación en la doble hélice atraería enzimas de reparación que cortarían inmediatamente la sección mal formada y reconstruirían una cadena con las bases complementarias apropiadas.
