1. Composición del ADN

El ADN es un tipo de ácido nucleico. Los ácidos nucleicos son grandes moléculas constituidas por largas cadenas de nucleótidos enlazados entre sí, denominadas polinucleótidos. Los polinucleótidos están compuestos por:

• Ácido fosfórico: compuesto por fósforo y oxígeno.
• Pentosa: glúcido monosacárido de cinco átomos de carbono llamado desoxirribosa.
• Base nitrogenada: compuesto cíclico de carácter básico que contiene en su composición átomos de nitrógeno. Las bases son: adenina (A), guanina (G), timina (T) y citosina (C).

Los nucleótidos se unen entre sí mediante un enlace covalente denominado enlace fosfodiéster. Este se produce entre el grupo de 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. En el orden de colocación de estos nucleótidos, denominado secuencia, reside la información para el mantenimiento y el desarrollo de la vida.

2. El ARN: Características y sus tipos

El ARN o ácido ribonucleico es otro tipo de ácido nucleico que se encuentra en todos los seres vivos. Tiene como pentosa siempre la ribosa, y como bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y uracilo (U). Suele estar formado por una sola cadena de polinucleótidos. No presenta una estructura definida como el ADN. En las células eucariotas, el ARN se localiza en el núcleo y en el citoplasma. Hay diversos tipos de ARN, que se diferencian por su tamaño y función:

• ARN ribosómico (ARNr): Forma parte, junto con proteínas, de los ribosomas. Es el ARN más abundante.
• ARN mensajero (ARNm): Transporta la información del ADN nuclear a los ribosomas para que se fabriquen las proteínas.
• ARN transferente (ARNt): Se une a aminoácidos específicos que transporta hasta los ribosomas, donde se fabrican las proteínas. Es el ARN más pequeño de todos.

3. ¿Cómo se replica el ADN?

Cuando una célula se va a dividir, realiza una copia o replicación de la molécula de ADN. Este proceso recibe el nombre de replicación del ADN. Tanto en células eucariotas como en procariotas, la replicación es previa a la división celular. El mecanismo de replicación fue propuesto por Watson y Crick. Para que tenga lugar el proceso, necesitamos el ADN original, nucleótidos nuevos y enzimas.

Se produce una rotura de los puentes de hidrógeno entre bases nitrogenadas. A medida que se separan, actúan de molde para la síntesis de la complementaria. Unas enzimas específicas unen las bases correspondientes. 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 proceso de replicación es semiconservativo, ya que cada cadena sirve de molde para una cadena nueva. Cada doble hélice de ADN formada constituye una cromátida hermana en el cromosoma duplicado. Las enzimas de reparación evitan los errores producidos en la copia o debidos a causas externas. Si no se reparan, se produce una mutación, es decir, cambios en la molécula de ADN.

4. ¿Cómo son las proteínas? ¿Cuál es su origen?

Las proteínas son cadenas formadas por la secuencia de moléculas más sencillas, denominadas aminoácidos. Hay 20 distintos y cada proteína se caracteriza por el número, el tipo y el orden específico en que están dispuestos esos aminoácidos. Actualmente, en los organismos eucariotas, se sabe que un gen puede codificar para varias proteínas, y que varios genes pueden estar implicados en la síntesis de la misma proteína. George Beadle y Edward Tatum comprobaron que cada gen contiene la información para la síntesis de una proteína, y que esta es la que determina un carácter.

5. ¿Qué es la transcripción?

La transcripción es la 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 ARN mensajero se sintetiza siguiendo las reglas de complementariedad de bases. En este proceso, la base complementaria de la adenina (A) es el uracilo (U), en lugar de la timina (T).

6. Explica la traducción del ADN en proteínas

La traducción es la formación de una proteína cuya secuencia de aminoácidos está determinada por la secuencia de bases nitrogenadas del ARNm. El ARNm sale del núcleo y, en el citoplasma, se une a los ribosomas; estos leen el mensaje genético en grupos de tres nucleótidos, denominados codones. Cada codón determina un aminoácido.

El ARNt se une específicamente a un aminoácido, según el anticodón que determine ese ARNt. La secuencia de bases del ARNm establece el orden en el que se van añadiendo los aminoácidos en la cadena que formará la proteína. Los aminoácidos que transportan los ARNt se irán uniendo mediante enlaces peptídicos, originándose una molécula de proteína.

7. Explica el código genético

El código genético es la relación entre la secuencia de nucleótidos en el ARNm y la secuencia de aminoácidos de la proteína. Determina qué aminoácido le corresponde a cada tres nucleótidos del ARNm o codón. Características del código genético:

• Existen 64 codones posibles y solo 20 aminoácidos. Un mismo aminoácido viene codificado por varios codones.
• Algunos codones (como el UUA en ciertos contextos o los codones de parada) marcan el final del proceso.
• El codón AUG actúa como señal de inicio y además codifica la Metionina.
• El código genético es universal, ya que sirve para todos los seres vivos.

8. Tipos de mutaciones

Las mutaciones se traducen en cambios en las proteínas, por lo que pueden afectar a las características del organismo. Las mutaciones se pueden clasificar atendiendo a varios criterios:

Según las células afectadas:

• Somáticas: afectan a cualquier célula del individuo. No se transmiten a la descendencia pero sí a las células hijas que se originan por mitosis.
• Heredables: afectan a las células madres o a los gametos. Se transmiten a la descendencia.

Según el ADN afectado:

• Génicas o puntuales: producen alteraciones en la secuencia de nucleótidos.
• Cromosómicas: producen cambios en algunos segmentos de cromosomas enteros o en el número de cromosomas.

Según su origen:

• Espontáneas: se deben a causas naturales, como los errores en la replicación del ADN.
• Inducidas: causadas por la exposición a agentes mutagénicos, como las radiaciones.

9. Definición de biotecnología y campos de aplicación

La biotecnología es la utilización de sistemas biológicos, seres vivos o sus derivados en la creación o modificación de productos o procesos de interés para las personas. Se utiliza en diversos campos:

• Agricultura y ganadería: Animales o plantas más resistentes a plagas y enfermedades mediante técnicas de selección artificial.
• Industria alimentaria: Utilización de microorganismos para fabricar vino, pan, yogur, queso, etc.
• Medicina: Se producen antibióticos como la penicilina, vacunas, sueros, entre otros.

10. Técnicas de ingeniería genética

Para manipular ADN en un laboratorio se necesitan diversas herramientas:

• Enzimas de restricción: son proteínas capaces de cortar el ADN en puntos específicos. Conocemos más de 400 enzimas de restricción; la mayoría provienen de bacterias.
• ADN ligasas: permiten unir fragmentos de ADN de diferente procedencia, originando ADN híbrido.
• Vectores de transferencia: moléculas de ADN que pueden reproducirse autónomamente y que sirven para transportar genes. Uno de los más utilizados son los plásmidos bacterianos, pequeñas moléculas de ADN circulares que incorporan con facilidad ADN procedente de otro organismo.

11. ADN recombinante

El proceso para obtener ADN recombinante se realiza en varias etapas:

1. Se identifica y localiza el gen deseado. Las enzimas de restricción cortan los extremos del fragmento de ADN que nos interesa.
2. Se corta el plásmido utilizado como vector.
3. El fragmento de ADN obtenido con las enzimas de restricción se une al vector con ayuda de las enzimas de ADN ligasas. Se obtiene así ADN híbrido o recombinante.
4. El ADN recombinante se transfiere a una célula huésped.
5. La molécula de ADN recombinada se replica en la célula hospedadora y se mantiene en las células hijas.

12. La polimerasa: ¿Qué es y cómo se aplica?

La polimerasa es una enzima capaz de transcribir o replicar ácidos nucleicos.

Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

Esta técnica permite generar muchas copias de ADN idénticas a partir de un fragmento de ADN. En 1986, Kary Mullis clonó un fragmento de ADN en un tubo de ensayo. Actualmente, la PCR está automatizada. Para esta reacción se precisan: la enzima ADN polimerasa (resistente al calor), un pequeño fragmento de ARN de unos 20 nucleótidos denominado cebador, y nucleótidos para formar las nuevas hebras de ADN.

1. La molécula a copiar se calienta por encima de los 90ºC para que se desnaturalice, es decir, se separan las dos cadenas de la doble hélice.
2. A partir del cebador, se copia la cadena de ADN y se disminuye la temperatura.
3. Las nuevas cadenas son separadas por el calor, con lo que comienza un nuevo ciclo. Cada ciclo dura aproximadamente 5 minutos.

Las copias obtenidas por PCR pueden unirse a cualquier vector. Esta técnica tiene varias utilidades:

• Aplicaciones a estudios evolutivos: se pueden hacer análisis de ADN antiguos (momias, restos fósiles, etc.).
• Identificación de microorganismos: las PCR pueden detectar material genético de microorganismos patógenos.
• Determinación de huellas genéticas: es una técnica forense que permite identificar a una persona comparando su ADN con una base de datos.
• Diagnóstico de enfermedades genéticas: se determina mediante un gen si un individuo porta alguna mutación que explique la presencia de una enfermedad o su aparición en el futuro.