Composición y Procesos Fundamentales del ADN

Composición y Estructura del ADN

El ADN (Ácido Desoxirribonucleico) está compuesto por dos cadenas antiparalelas y complementarias de polinucleótidos, enrolladas en torno a un eje imaginario formando una doble hélice, siguiendo la complementariedad de las bases nitrogenadas: Adenina (A) se aparea con Timina (T), y Citosina (C) con Guanina (G).

Un gen es un fragmento de ADN que contiene la información necesaria para un carácter específico.

El genoma es el conjunto completo de genes de un organismo.

Replicación del ADN

La replicación del ADN consiste en la síntesis de dos copias idénticas de ADN a partir de una molécula original. Este proceso es semiconservativo y sigue las siguientes etapas:

1. La doble hélice se desenrolla y se abre.
2. Cada una de las cadenas originales sirve de molde para la síntesis de una nueva cadena, siguiendo la complementariedad de las bases.
3. Las dos nuevas moléculas de ADN resultantes están formadas por una cadena original (antigua) y una cadena recién sintetizada (nueva).
4. Los errores que se puedan producir en el proceso son detectados por enzimas de restricción.

Expresión Genética: Transcripción y Traducción

La expresión genética es el proceso mediante el cual la información codificada en un gen se utiliza para sintetizar un producto funcional, como una proteína. Consta de dos procesos principales: transcripción y traducción.

• Transcripción: Es el proceso mediante el cual la información de una secuencia de ADN se copia a una molécula de ARN mensajero (ARNm).
• Traducción: Es el proceso de síntesis de proteínas que ocurre en los ribosomas, donde la secuencia de bases del ARNm se transforma en la secuencia de aminoácidos de una proteína.

El Código Genético

Gracias al código genético, se establece la correspondencia entre las secuencias de bases del ARNm (codones) y los aminoácidos que forman las proteínas. Sus características principales son:

• Es universal (es el mismo para casi todos los organismos).
• Es degenerado (varios codones pueden especificar el mismo aminoácido).
• Existe un codón de inicio (AUG) que marca el comienzo de la traducción.

Ingeniería Genética y Tecnología del ADN Recombinante

La biotecnología engloba todas las técnicas que utilizan organismos vivos o sus componentes para obtener productos o procesos de interés.

La ingeniería genética es una rama específica de la biotecnología que consiste en la manipulación directa del ADN para introducir, eliminar o modificar genes en el genoma de un organismo.

Tecnología del ADN Recombinante

Esta tecnología permite combinar ADN de diferentes fuentes. Sus herramientas clave son:

• Enzimas de restricción: Proteínas capaces de cortar el ADN en secuencias específicas.
• Vectores de transferencia: Moléculas de ADN (como plásmidos o virus) utilizadas para transportar e introducir genes de interés en una célula huésped.
• ADN ligasas: Enzimas que unen fragmentos de ADN, sellando los enlaces fosfodiéster entre sus extremos.

Etapas de la Técnica del ADN Recombinante

1. Aislamiento del gen de interés: Se corta el ADN en puntos específicos utilizando enzimas de restricción.
2. Inserción del gen en el vector: El gen aislado se une al vector de transferencia mediante la acción de las ADN ligasas, creando un ADN recombinante.
3. Introducción del vector en la célula receptora: El ADN recombinante se introduce en una célula huésped (por ejemplo, una bacteria o levadura).
4. Selección y multiplicación del organismo recombinante: Se identifican y cultivan las células que han incorporado el ADN recombinante.
5. Producción industrial de la sustancia de interés: Las células recombinantes se utilizan para producir a gran escala la proteína o sustancia deseada.

Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)

La Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) es una técnica molecular que permite obtener un número elevado de copias idénticas de un fragmento específico de ADN a partir de una pequeña muestra. Sus pasos principales son:

1. Se obtiene y purifica una muestra de ADN.
2. Se desnaturaliza con calor (separación de las cadenas de ADN).
3. Se copia (anillamiento de cebadores y síntesis de nuevas cadenas).
4. Elongación (extensión de las nuevas cadenas por la ADN polimerasa).

Clonación Terapéutica y Células Madre

La clonación terapéutica busca obtener células madre, las cuales poseen la capacidad de multiplicarse, desarrollarse y diferenciarse en diversos tipos de células especializadas.

Tipos de Células Madre

Existen tres tipos principales de células madre, clasificadas según su potencial de diferenciación:

1. Totipotentes: Capaces de diferenciarse en todos los tipos celulares, incluyendo los tejidos extraembrionarios, y pueden dar lugar a un organismo completo.
2. Pluripotentes: Pueden diferenciarse en cualquier tipo de célula del cuerpo, pero no pueden formar un organismo completo.
3. Multipotentes: Solo pueden diferenciarse en los tipos de células de un tejido o linaje específico.

Proyecto Genoma Humano y Disciplinas Relacionadas

Proyecto Genoma Humano

El Proyecto Genoma Humano fue una iniciativa internacional cuyo objetivo principal fue determinar la secuencia completa de pares de bases que componen el ADN humano e identificar todos los genes humanos.

Conclusiones Clave del Proyecto Genoma Humano

• El ser humano posee entre 20.000 y 250.000 genes.
• Las secuencias que realmente codifican proteínas (exones) representan solo aproximadamente el 2% del genoma. Estas secuencias codificantes están a menudo separadas por regiones no codificantes llamadas intrones.
• El 98% del genoma no codifica proteínas directamente.
• El 99,9% del genoma es idéntico entre dos personas cualesquiera. El 0,1% restante de variación es responsable de las características que hacen única a cada persona, y estas variaciones se encuentran en diferentes lugares del genoma en cada individuo.

Disciplinas Relacionadas con el Genoma

• Genómica: Es la ciencia que estudia el genoma completo de los seres vivos, incluyendo su estructura, función, evolución y mapeo.
• Proteómica: Se dedica al estudio del conjunto completo de proteínas (proteoma) de un organismo, incluyendo su estructura, función y modificaciones.
• Epigenética: Es la rama de la genética que estudia los cambios heredables en la expresión génica que no implican alteraciones en la secuencia de ADN subyacente, sino modificaciones químicas o estructurales del ADN y las histonas.

Bioética y Aplicaciones de la Biotecnología

Bioética

La bioética es una rama de la ética que aborda los dilemas morales y éticos surgidos de los avances en biología y medicina, buscando establecer límites y principios para las investigaciones biomédicas que puedan atentar contra la dignidad humana o suponer riesgos significativos.

Límites de la Bioética

Los límites que se plantean desde la bioética son de diversa índole:

• Éticos y morales.
• Sociales.
• Políticos.
• Sanitarios.
• Ecológicos.

Aplicaciones de la Biotecnología y la Ingeniería Genética

Las aplicaciones de estas tecnologías son amplias y diversas, incluyendo:

• Identificación de microorganismos patógenos en alimentos o muestras biológicas.
• Obtención de ADN de especies extintas para estudios paleogenéticos.
• Determinación de huellas genéticas en medicina forense y pruebas de paternidad.
• Realización de pronósticos de enfermedades genéticas, especialmente durante el embarazo.

Organismos Genéticamente Modificados (OGM)

Los Organismos Genéticamente Modificados (OGM) son aquellos cuyo material genético ha sido alterado utilizando técnicas de ingeniería genética.

Tipos y Utilidades de los OGM

• Microorganismos (principalmente bacterias): Se emplean para diversas utilidades, como:
  • Obtención de proteínas humanas (ej., insulina, hormona del crecimiento).
  • Producción de vacunas.
  • Diagnóstico de enfermedades genéticas.
  • Obtención de alimentos más digeribles.
  • Biorremediación (limpieza de contaminantes).
  • Producción de biocombustibles.
• Plantas y Animales: En plantas y animales, los OGM buscan mejorar la producción y la calidad de los alimentos, así como desarrollar resistencia a plagas o enfermedades.

Inconvenientes de los OGM

Entre los posibles inconvenientes o preocupaciones asociadas a los OGM se incluyen:

• Potenciales efectos en la salud humana o animal.
• Desarrollo de plagas o resistencias.
• Pérdida de la biodiversidad.
• Restricciones económicas y éticas.

Terapia Génica

La terapia génica es una técnica médica innovadora que consiste en la introducción de genes funcionales en las células de un paciente para sustituir o inactivar genes defectuosos, con el fin de tratar o prevenir enfermedades.

Clonación

Un clon es una copia genéticamente idéntica de un organismo, célula o molécula. La clonación puede ocurrir de forma natural (ej., reproducción asexual) o artificialmente.

Clonación Reproductiva

La clonación reproductiva tiene como objetivo obtener individuos genéticamente idénticos al organismo original. El proceso general implica:

1. Eliminación del núcleo: Se extrae el núcleo de un óvulo de un donante.
2. Introducción de célula somática: Se introduce el núcleo de una célula somática (no reproductiva) del organismo que se desea clonar en el óvulo enucleado.
3. Activación y desarrollo: El óvulo reconstruido se activa para que comience a dividirse y formar un embrión.
4. Implantación: El embrión se implanta en el útero de una madre subrogada.
5. Nacimiento del clon: Tras el desarrollo gestacional, nace un individuo genéticamente idéntico al donante de la célula somática.