ADN, ARN y expresión de la información genética

Parte 1: El ADN y los ácidos nucleicos

El ADN y los ácidos nucleicos: El ADN o ácido desoxirribonucleico es la molécula que almacena la información genética de la célula del individuo. Puede duplicarse, transmitiendo la información de generación en generación, y determina qué proteínas se sintetizan en cada momento.

Características del ADN

• En eucariotas: se encuentra en el núcleo, constituido por dos cadenas lineales asociadas a proteínas; al condensarse forman la cromatina y originan los cromosomas. También hay ADN de doble cadena, pero circular, en las mitocondrias y en los cloroplastos.
• En procariotas: el cromosoma bacteriano es generalmente una doble cadena circular que no está delimitada por membrana. Muchas bacterias tienen cromosomas adicionales, más pequeños y también circulares, llamados plásmidos.
• En virus: el ADN puede ser una molécula simple o doble, lineal o circular, que suele encontrarse encerrada en una cubierta proteica.

Composición química del ADN

El ADN es un tipo de ácido nucleico. Desde el punto de vista químico, los ácidos nucleicos son macromoléculas constituidas por largas cadenas de nucleótidos enlazados entre sí, denominadas polinucleótidos.

Los nucleótidos

Los nucleótidos se unen entre sí mediante un enlace covalente denominado enlace fosfodiéster. Este enlace se produce entre el grupo fosfato de un nucleótido y la pentosa del siguiente. En cada polinucleótido el grupo fosfato y la pentosa son siempre los mismos, diferenciándose en la secuencia de bases nitrogenadas. La secuencia es el orden de colocación de estos nucleótidos y contiene la información para el mantenimiento y el desarrollo de la vida.

Estructura del ADN

• Las bases nitrogenadas se sitúan en el interior, mientras que las pentosas y el ácido fosfórico forman el esqueleto externo.
• Cada molécula de ADN está formada por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas a lo largo de un eje imaginario, formando una doble hélice. Las dos cadenas son antiparalelas, es decir, se disponen de forma paralela pero en sentidos opuestos.
• Las bases son complementarias: la adenina siempre se empareja con la timina, y la guanina con la citosina.
• Las cadenas se mantienen unidas mediante puentes de hidrógeno que se establecen entre las bases nitrogenadas de ambas cadenas.

El ARN

El ARN es otro tipo de ácido nucleico que se encuentra en todos los seres vivos. Su pentosa es la ribosa, y sus bases nitrogenadas son adenina, guanina, citosina y uracilo. Suele estar formado por una sola cadena de polinucleótidos y no presenta una estructura tan definida como la del ADN. En las células eucariotas, el ARN se localiza en el núcleo y en el citoplasma.

Tipos de ARN

• ARN ribosómico (ARNr): forma parte de los ribosomas junto con proteínas. Es el ARN más abundante.
• ARN mensajero (ARNm): transporta la información del ADN nuclear a los ribosomas para que se fabriquen proteínas.
• ARN transferente (ARNt): se une a aminoácidos específicos y los transporta hasta los ribosomas, donde se ensamblan en proteínas. Es el ARN más pequeño de los tres.

Parte 2: Replicación del ADN

La replicación del ADN: durante el ciclo vital de una célula, cada molécula de ADN hace copia de sí misma con el fin de poder transmitirse a las células hijas. Este proceso recibe el nombre de replicación del ADN. Tanto en procariotas como en eucariotas, la replicación del ADN sucede justo antes de la división celular.

El modelo de replicación fue propuesto por Watson y Crick poco después de haber descubierto la estructura del ADN. Para que tenga lugar el proceso se precisan nucleótidos que formen las nuevas cadenas y determinadas enzimas específicas.

Etapas y características del proceso

• La replicación comienza con la rotura de los puentes de hidrógeno que unen las bases nitrogenadas complementarias.
• A medida que las dos cadenas se separan, cada una actúa de molde para la síntesis de la complementaria.
• Enzimas específicas van uniendo, uno a uno, los nucleótidos por complementariedad de las bases.
• El «lazo» que se abre cuando las dos cadenas de ADN se separan para sintetizar una copia de sí mismas se denomina burbuja de replicación.
• El resultado de la replicación son dos moléculas idénticas de ADN, que son una copia exacta de la molécula original. El proceso de replicación es semiconservativo, ya que cada doble hélice resultante está formada por una cadena de la molécula inicial (conservada) y otra nueva (sintetizada).

Cada doble hélice de ADN formada constituye una cromátida hermana de un cromosoma duplicado. Para evitar los errores producidos en la copia o debidos a causas externas, existen enzimas de reparación que detectan nucleótidos incorrectamente apareados o colocados y los reemplazan por los correctos. Cuando este mecanismo de reparación no funciona, se producen cambios en la molécula de ADN denominados mutaciones.

Parte 3: De ADN a proteínas

Gen y síntesis proteica: cada fragmento de ADN que contiene la información genética para un determinado carácter es un gen. Cada uno de los genes contiene la información para la síntesis de una proteína, y es ésta la que determina el carácter asociado.

Las proteínas

Las proteínas son cadenas formadas por la secuencia de moléculas más sencillas denominadas aminoácidos. Hay 20 aminoácidos distintos y cada proteína se caracteriza por el número, el tipo y el orden específico en que están dispuestos esos aminoácidos.

Parte 4: Cómo se expresa la información genética

La información genética es un mensaje en clave. Es decir, un gen no sintetiza directamente una cadena de proteínas; la información que contiene el ADN debe ser descodificada. La molécula intermediaria es el ARN mensajero. Este proceso se divide en dos etapas principales: transcripción y traducción.

Transcripción

Formación de una molécula de ARN mensajero cuya secuencia de bases nitrogenadas es complementaria a una de las hebras de la doble hélice de ADN. La cadena de ARNm se sintetiza siguiendo las reglas de complementariedad de bases; en este proceso la base complementaria de adenina (A) es el uracilo (U) en lugar de la timina (T).

Traducción

La traducción es la formación de una proteína cuya secuencia de aminoácidos está determinada por la secuencia de bases nitrogenadas del ARNm. Al avanzar el ribosoma sobre el ARNm, traducirá cada codón al lenguaje de las proteínas. Para ello es necesaria la participación del ARNt, que selecciona un aminoácido específico para cada codón. De este modo, la secuencia de bases del ARNm establece el orden en el que se añaden los aminoácidos en la cadena que formará la proteína.