Las instrucciones que determinan todas las características y funciones de un organismo se encuentran en su material genético: el ADN (ácido desoxirribonucleico).
El conocimiento del ADN, su estructura y función, fue determinante para el desarrollo de la biotecnología moderna.
La estructura de doble hélice del ADN,
que los investigadores James Watson y Francis Crick propusieran en el
año 1953 proporcionó respuestas a muchas preguntas que se tenían sobre
la herencia. Predijo la autorreplicación del material genético y la idea
de que la información genética estaba contenida en la secuencia de las
bases que conforman el ADN. Más aún, con el correr de los años y de las
investigaciones, se pudo determinar que todos los seres vivos contienen
un ADN similar, formado a partir de las mismas unidades: los
nucleótidos. Este código genético mediante el cual se “escriben” las
instrucciones celulares es común a todos los organismos. Es decir que el
ADN de un ser humano puede ser “leído” dentro de una bacteria, y una
planta puede interpretar la información genética de otra planta
diferente. A esta propiedad de la información genética se la conoce
como “universalidad del código genético”.
El código genético universal es uno de
los conceptos básicos para comprender los procesos de la biotecnología
moderna. Por ejemplo, la posibilidad de generar organismos transgénicos,
y que las instrucciones del ADN de un organismo puedan determinar
nuevas características en organismos totalmente diferentes.
La función del ADN
El ADN tiene la función de “guardar
información”. Es decir, contiene las instrucciones que determinan la
forma y características de un organismo y sus funciones. Además, a
través del ADN se transmiten esas características a los descendientes
durante la reproducción, tanto sexual como asexual. Todas las células,
procariotas y eucariotas, contienen ADN en sus células. En las células
eucariotas el ADN está contenido dentro del núcleo celular, mientras que
en las células procariotas, que no tienen un núcleo definido, el
material genético está disperso en el citoplasma celular.
La estructura del ADN
El ADN está organizado en cromosomas. En
las células eucariotas los cromosomas son lineales, mientras que los
organismos procariotas, como las bacterias, presentan cromosomas
circulares. Para cada especie, el número de cromosomas es fijo. Por
ejemplo, los seres humanos tienen 46 cromosomas en cada célula somática
(no sexual), agrupados en 23 pares, de los cuales 22 son autosomas y un
par es sexual. Una mujer tendrá un par de cromosomas sexuales XX y un
varón tendrá un par XY.
Cada cromosoma tiene dos brazos,
ubicados por arriba y por debajo del centrómero. Cuando los cromosomas
se duplican, previo a la división celular, cada cromosoma está formado
por dos moléculas de ADN unidas por el centrómero, conocidas como
cromátidas hermanas.
Estructura del ADN
El ADN se compone de dos cadenas, cada
una formada por nucleótidos. Cada nucleótido, a su vez, está compuesto
por un azúcar (desoxirribosa), un grupo fosfato y una base nitrogenada.
Las bases nitrogenadas son cuatro:
- Adenina (A)
- Timina (T)
- Citosina (C)
- Guanina (G)
Citosina
(C) se
enfrenta a una Guanina (G)en la doble cadena.
Las bases enfrentadas se dice que
son complementarias. El ADN adopta una forma de doble hélice, como una
escalera caracol donde los lados son cadenas de azúcares y fosfatos
conectadas por “escalones”, que son las bases nitrogenadas. La molécula
de ADN se asocia a proteínas, llamadas histonas, y se encuentra muy
enrollada y compactada para formar el cromosoma.
La doble hélice de ADN con las bases
nitrogenadas complementarias que se ubican hacia dentro y establecen
uniones no covalentes (o fuerzas de atracción) entre sí que mantienen la
estructura de la molécula. Las desoxirribosas (azúcares) y los grupos
fosfato constituyen las columnas de la molécula.
Cuando la célula se divide, cada nueva
célula que se forma debe portar toda la información genética, que
determine sus características y funciones. Para eso, antes de
dividirse, el ADN debe replicarse, es decir generar una copia de sí
mismo. Durante la replicación, la molécula de ADN se desenrolla,
separando sus cadenas. Cada una de éstas servirá como molde para la
síntesis de nuevas hebras de ADN. Para eso, la enzima ADN-polimerasa
coloca nucleótidos siguiendo la regla de apareamiento A-T y C-G. El
proceso de replicación del ADN es semiconservativo, ya que al finalizar
la duplicación, cada nueva molécula de ADN estará conformada por una
hebra “vieja” (original) y una nueva.
¿Cómo se interpretan las instrucciones escritas en el ADN?
La información está guardada en el ADN
en el código de secuencia de bases A, T, C y G que se combinan para
originar “palabras” denominadas genes. Los genes son fragmentos de ADN
cuya secuencia nucleotídica codifica para una proteína. Es decir que a
partir de la información “escrita” en ese fragmento de ADN se fabrica
(sintetiza) un tipo particular de proteína. Aunque, en realidad, los
genes también llevan la información necesaria para fabricar moléculas de
ARN (ribosomal y de transferencia) que intervienen en el proceso de
síntesis de proteínas. El ARN (ácido ribonucleico) es una molécula con
una estructura similar al ADN.
Un gen no es una estructura que se vea
sino que se define a nivel funcional. Es una secuencia que va a empezar
en algún lugar del ADN y va a terminar en otro. Para conocer un gen se
secuencia, se determina la cantidad de los nucleótidos que lo forman y
el orden en que se ubican.
Todas las células de un organismo tienen
el mismo genoma, o conjunto de genes. Pero, en cada célula se expresan
los genes que se usan. Por ejemplo, aunque una célula de la piel tiene
toda la información genética al igual que la célula del hígado, en la
piel solo se expresarán aquellos genes que den características de piel,
mientras que los genes que dan características de hígado, estarán allí
“apagados”. Por el contrario, los genes que dan rasgos de “hígado”
estarán activos en el hígado e inactivos en la piel. Lo que no se usa se
encuentra mayormente compactado. Este empaquetamiento puede ser
temporal o definitivo.
La síntesis de proteínas
Las proteínas son macromoléculas que
cumplen funciones variadas. Hay proteínas estructurales, otras son
enzimas, otras transportan oxígeno como la hemoglobina, hay proteínas
involucradas en la defensa inmunitaria, como los anticuerpos, otras
cumplen funciones de hormonas como la insulina, etc.
Así como el ADN está compuesto a partir
de nucleótidos, las proteínas están compuestas a partir de aminoácidos.
Hay 20 aminoácidos diferentes, y cada proteína tiene una secuencia de
aminoácidos particular.
El proceso de síntesis de proteínas
consta básicamente de dos etapas: la transcripción y la traducción. En
la primera etapa, las “palabras” (genes) escritas en el ADN en el
lenguaje de los nucleótidos se copian o transcriben a otra molécula, el
ARN mensajero (ARNm). Luego, en la etapa siguiente, el ARNm se traduce
al idioma de las proteínas, el de los aminoácidos. Este flujo de
información se conoce como el “dogma central de la biología”.
La transcripción
Durante la transcripción la enzima ARN
polimerasa, copia la secuencia de una hebra del ADN y fabrica una
molécula de ARN complementaria al fragmento de ADN transcripto. El
proceso es similar a la replicación del ADN, pero la molécula nueva que
se forma es de cadena simple y se denomina ARN. Se denomina ARN
mensajero porque va a llevar la información del ADN hacia los ribosomas,
las organelas encargadas de fabricar las proteínas. El ARN, o ácido
ribonucleico, es similar al ADN aunque no igual. El ARN se diferencia
del ADN en que es de cadena simple, en lugar del azúcar desoxirribosa
tiene ribosa, y en lugar de la base nitrogenada timina, (T), tiene
uracilo (U).
La traducción y el código genético
La molécula del ARN mensajero se
traslada a los ribosomas donde ocurre la etapa de traducción. Durante
esta etapa el ribosoma lee la secuencia de nucleótidos del ARN mensajero
por tripletes o tríos de nucleótidos, denominados codones. A medida que
el ribosoma lee la secuencia de codones va formando una proteína, a
partir de la unión de aminoácidos. Según cuál es el codón que el
ribosoma “lee” va colocando el aminoácido que corresponde. Si se
considera la combinación de cuatro bases tomadas de a tres, existe un
total de 64 codones posibles. Cada codón determina qué aminoácido se
colocará en la proteína que se está fabricando. De los 64 codones, 61
corresponden a aminoácidos y 3 son codones de terminación (stop),
responsables de la finalización de la síntesis proteica.
El código genético o “diccionario”
permite traducir la información escrita en el lenguaje de los ácidos
nucleicos (nucleótidos) al lenguaje de las proteínas (aminoácidos), y es
universal, o sea, es válido para todos los seres vivos.
ARN
ARN
El Ácido RiboNucleico
está constituido por la unión de nucleótidos
formados por una pentosa, la Ribosa, un
bases nitrogenadas, que son Adenina,
Guanina, Citosina y Uracilo.
No aparece la Timina.
Los nucleótidos se unen
formando una cadena con una ordenación en la
que el primer nucleótido tiene libre
el carbono 5’ de la pentosa. El
último nucleótido tiene libre el
carbono 3’. Por ello, se dice que la
ordenación de la secuencia de nucleótidos va
desde 5’ a 3’ (5’
®
3’).
El ARN es la sigla para ácido ribonucleico.
Es un ácido nucleico que se encarga de trasladar la información
genética del ADN con el fin de sintetizar las proteínas según las
funciones y características indicadas.
El
ARN está presente en el citoplasma de las células eucariotas y
procariotas. Asimismo, el ARN está compuesto por una cadena simple que
en ocasiones puede duplicarse.
Está
conformado por nucleótidos unidos que forman cadenas. Cada nucleótido
está constituido por: un azúcar (ribosa), un grupo fosfato y 4 bases
nitrogenadas (adenina, guanina, uracilo y citosina).
El
ARN transporta la información genética del ADN para la síntesis de las
proteínas necesarias. Es decir, el ARN copia la información de cada gen
del ADN y, luego pasa al citoplasma, donde se une al ribosoma para
dirigir la síntesis proteica.
La abreviación internacional es RNA por sus siglas en inglés para ribonucleic acid.
Tipos de ARN
En
referencia a lo anterior, se puede distinguir la interacción de
diversos tipos de ARN en la expresión genética, entre los cuales
tenemos:
- ARN mensajero (ARNm):
conocido como ARN codificante, posee el código genético que
determina el esquema de los aminoácidos para formar una proteína;
- ARN transferencia (ARNt):
se encarga de llevar los aminoácidos a los ribosomas con el fin de
incorporarlos al proceso de síntesis proteica, asimismo, se
encarga de codificar la información que posee el ARN mensajero a
una secuencia de proteínas.
- ARN ribosómico (ARNr): forma parte de los ribosomas y actúa en la actividad enzimática, el mismo se encarga de crear los enlaces peptídicos entre los aminoácidos del polipéptido en el proceso de síntesis de proteínas.
El
ARN comienza a ser estudiado en el año 1868 por Friedrich Miescher,
asimismo, fue la primera persona en investigar el ADN y promover el
estudio de los ácidos nucleicos.
