El descubrimiento de la columna vertebral del ADN comenzó en 1867 cuando Friedrich Miescher observó que las células contenían un alto contenido de fósforo y una sustancia resistente a la digestión de proteínas. Investigaciones posteriores revelaron que la columna vertebral de azúcar-fosfato está compuesta de grupos fosfato y azúcares desoxirribosa, formando la estructura estructural de la escalera.
El modelo histórico de James Watson y Francis Crick de 1953 describía el ADN como una doble hélice derecha, con las cadenas principales de azúcar y fosfato en el exterior y las bases nitrogenadas apiladas en el interior. Cada nucleótido comprende un fosfato, una desoxirribosa y una base.
Los peldaños se construyen a partir de cuatro bases nitrogenadas:adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). Los hallazgos de Erwin Chargaff en 1950 mostraron que A se empareja con T y G se empareja con C en cantidades iguales, un principio ahora conocido como reglas de Chargaff.
La adenina forma dos enlaces de hidrógeno con la timina, mientras que la guanina forma tres enlaces de hidrógeno con la citosina. Estos pares complementarios mantienen las dos hebras alineadas y mantienen una longitud de peldaño uniforme, lo que permite una replicación precisa.
El ADN humano contiene aproximadamente un 60% de pares A-T y un 40% de pares G-C, con alrededor de 3 mil millones de pares de bases por cromosoma. Durante la replicación, la helicasa desenrolla la doble hélice y la ADN polimerasa sintetiza nuevas cadenas en fragmentos cortos de 50 nucleótidos. La fidelidad del emparejamiento de bases da como resultado una baja tasa de error.
Durante la mitosis, todo el genoma se duplica, lo que garantiza que cada célula hija reciba un complemento de ADN idéntico. La meiosis, por otro lado, reduce a la mitad el número de cromosomas para producir gametos; la fertilización restaura el complemento completo en el cigoto.
Los errores de replicación pueden provocar mutaciones, clasificadas como sustituciones, inserciones, eliminaciones o cambios de marco. Debido a que la secuencia de bases dicta las instrucciones genéticas, las mutaciones de cambio de marco pueden alterar profundamente la síntesis de proteínas.
