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)

  Adenina se enfrenta a una Timina (T)

  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

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’).

ARN

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.

Envejecimiento celular 

El envejecimiento celular es el proceso de degeneracion, tanto morfologica como funcional, que experimenta las celulas antes de su muerte

La MUERTE CELULAR se caracteriza por la detencion de todos los procesos vitales y porls dispersion de la meteria que constituye las celulas.

 Las celulas somaticas: Son aquellas que conforman el conjunto de tejidos y organos de un ser vivo, proceden de celulas originadas durante el desarollo embrionario y sufren un proceso de poliferacion y diferenciacion celular

 Las celulas sexuales:  Las celulas sexuales o gametos estan especializados por la reproduccion y poseen la mitad de la informacion genetica presente en cada una de las oras celulas del organismo, las somaticas

Necrosis

 

La necrosis ocurre de manera aguda, por una forma no fisiológica, mediante una agresión que causa lesión en una porción importante del tejido, por ejemplo en el centro de un tejido infartado, en un área de isquemia o en la zona de una lesión por toxinas.

El proceso de necrosis es desencadenado por toxinas, hipoxia severa, agresión masiva y cualquier otra condición que genere caída de ATP. Esto crea cambios que, histoló-gicamente, están representados por desorganización y lisis del citoplasma, con dilatación del retículo endoplásmico y las mitocondrias, disolución de la cromatina y pérdida de la continuidad de la membrana citoplasmática (proceso de oncosis). El ADN es partido en fragmentos irregulares al azar. Debido a la pérdida de la integridad de la membrana celular, el contenido del citoplasma es volcado al espacio extracelular, produciéndose la atracción de células inmunes en el área, lo que genera el proceso de inflamación, en el cual los restos celulares son eliminados por fagocitos inmigrantes.

Apoptosis

 

En 1972 se descubrió el proceso fisiológico de apoptosis, que fue dominio de estudios histológicos hasta finales de los años 80. A principios de los 90 se caracterizaron los mecanismos genéticos y moleculares involucrados.

El proceso de apoptosis es desencadenado por condiciones fisiológicas o patológicas sin pérdida de niveles de ATP, debido a que el mismo requiere de energía para su realización. Existen dos vías principales que pueden llevar a la apoptosis: inducción positiva o externa por un ligando unido a los receptores específicos de la membrana plasmática y la inducción negativa o interna que ocurre por pérdida de la actividad supresora de mecanismos intracelulares. La inducción positiva involucra ligandos que por una porción intracelular del receptor transducen al interior una señal; esa porción intracelular es llamada dominio de muerte. La inducción negativa se produce por pérdida de la actividad supresora a cargo de una familia de proteínas específicas que se hallan relacionadas con la mitocondria, liberándose desde la misma citocromo C que dispara la actividad de las proteasas, enzimas encargadas de ejecutar la apoptosis.

Reproduccion

La reproducción es un proceso biológico vital de todos los organismos vivos animales, plantas, seres humanos, etc. Mediante la reproducción se crean nuevos organismos asegurando la supervivencia de los organismos a lo largo del tiempo, dando lugar a nuevos individuos semejantes a ellos mismos. La reproducción puede ser de dos tipos sexual o asexual 

Reproduccion sexual:

La reproducción sexual implica la singamia o fecundación o sea la fusión de gametos masculinos y femeninos para producir un cigoto, que al desarrollarse formará en las embriófitas un embrión y éste a su vez una nueva planta. Su importancia se debe a que en el cigoto se combinan caracteres paternos y maternos, resultando diferente genéticamente a cada uno de los padres.  

Para que a partir de las células somáticas se originen gametos tiene que ocurrir en algún momento del ciclo vital una división reduccional llamada meiosis que produce a partir de cada célula madre cuatro células hijas con el número cromosómico reducido a la mitad (número gamético). Si esto no sucediera, y los gametos tuvieran el mismo número de cromosomas que las células somáticas o vegetativas, el número de cromosomas se iría duplicando con cada fecundación.

En la reproducción sexual se llevan a cabo tres procesos diferentes:

1. Gametogénesis: Proceso de formación de gametos; a partir de una célula madre se forman 4 gametos.
2. Fecundación: Dos gametos de distintos individuos se fusionan (se unen sus citoplasmas y sus núcleos) originando una nueva célula denominada zigoto.
3. Desarrollo embrionario: Procesos por los cuales un zigoto se transforma para dar un adulto. 
   
   
   Reproduccion Asexual o vegetativa 
   
   
   
   Es una forma de reproducción, tanto en plantas como en otros organismos, a través de la que se forman nuevos individuos  idénticos al progenitor, sin que intervengan óvulos ni espermatozoides. Es decir, sólo se requiere de un organismo y no de dos como en la reproducción sexual.
   Tipos de reproduccion asexual 
   
   
   1. Fragmentación o escisión
   
   
   Un individuo se divide en dos o más trozos y puede reconstruir lo que ‘perdió’ por completo sin problemas. Esto puede suceder por un evento o accidente fortuito o de forma espontánea, cuando el animal lo considera adecuado. Entre las especies que practican la fragmentación podemos indicar a las estrellas de mar o a las ofiuras que tengan más de seis brazos.
   
   2. Bipartición
   Como su nombre lo indica, en este caso la división se realiza en dos partes. Este tipo de reproducción es llevada a cabo por las bacterias, las levaduras, los protozoos, las arqueas y las algas unicelulares.
   
   
   El proceso consiste en duplicar el ADN, dividir el citoplasma y dar lugar a dos células hijas idénticas. La tasa de reproducción en estos casos es exponencial. Por ejemplo, en el caso de la bacteria Escherichia coli, se divide por la mitad cada 20 minutos.
   
   
   
   3. Esporulación
   Es el medio que utilizan las esporas y endosporas para reproducirse, y es más común cuando se encuentran en un hábitat adverso, como por ejemplo con pocos nutrientes. El hongo del pan y la bacteria Bacillus subtilis también emplean este tipo de reproducción asexual. Y no solo está presente en los animales, sino también en ciertas plantas.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

   
   

   5. Partenogénesis
   Este tipo de reproducción asexual se basa en el desarrollo de células sexuales femeninas que no han sido fecundadas. Esto significa que un óvulo infecundo se segmenta para crear nuevos individuos, y no siempre necesita la presencia de gametos masculinos. Algunos insectos, crustáceos, reptiles, anfibios y peces se reproducen de esta manera.
   
   
   
   
   

   
   

   6. Gemación
   La división celular puede realizarse por yemas. Es decir, por un elemento que se forma dentro del organismo madre, y que luego se separa de él para crecer y desarrollarse como un organismo nuevo.