Por: Equipo editor
El ADN es una macromolécula que desempeña dos funciones de transcendental importancia en todos los seres vivos.
- La Autoduplicación. Cada molécula de ADN puede originar dos réplicas idénticas de sí misma, con la misma composición y secuencia de bases que la molécula original. Gracias a esta propiedad, cada célula antes de dividirse, hace una copia de sus genes con el fin de que cada célula hija tenga la misma dotación genética que la célula madre; de esta manera la información genética se trasmite de generación en generación. A este proceso se denomina replicación.
- El ADN contiene la información necesaria, que permite la síntesis de todas las proteínas de un organismo. Pero esta información, llamada código genético, debe decodificarse para poder ser utilizadas por la célula, y este proceso se realiza en dos fases:
- Transcripción de la información genética contenida en un gen, lo que permite copiar la información de las cadenas del ADN y elaborar una copia (una cadena de ARNm).
- Traducción del mensaje contenido en la secuencia de bases del ARNm (correspondiente a un gen), al igual que una banda magnética o un código de barras, es captado por una especie de cabezal de lectura, llamado ribosoma y convertido en la secuencia de aminoácidos de una proteína.
En los seres superiores como el ser humano, el ácido ribonucleico o ARN, cumple funciones complementarias en estos procesos. Sin embargo, las actuales teorías científicas apuntan a que el ARN fue el creador de la vida, ya que al tener cualidades genéticas y enzimáticas, podía actuar por sí mismo como ser vivo, formando la primera bacteria procariota al cubrirse de una membrana. Pero estos aún son solo teorías a investigarse.
Replicación del ADN
El ADN se organiza en una estructura de doble hélice, donde ambas hebras son antiparalelas; es decir, que el comienzo de una coincide con el final de la otra. Está dado por la secuencia 5’ 3’, estando así en interfase (cuando la célula no se está reproduciendo).
Pero cuando la célula va a reproducirse, entonces el material genético debe duplicarse; ya que si se distribuye el material de una célula a sus dos descendientes, cada uno de estos recibiría solo una hebra y no una doble hebra.
Para lograr esto, el ADN se desdobla o abre, cada una de las hebras se separa de la otra en puntos determinados y un conjunto de enzimas (proteinas), van construyendo la nueva hebra del ADN, en base a los pares explicados. Por tanto, donde sea hallada una adenina (A) en la hebra original, se enlazará una timina (T) y viceversa, y donde se halle una citosina (C) se enlazará una guanina (G) y viceversa. De esta manera, será creada una nueva hebra con base en la original y esta nueva hebra creada, será totalmente correspondiente a la hebra que originalmente ocupaba su lugar. Es así que la información es copiada de manera idéntica a cada una de las células hijas.
Por este mecanismo, se mantiene la carga genética de los seres vivos. Cuando ocurre una mutación (un cambio en al menos uno de los nucleótidos, componentes del ADN), esta información queda modificada y el resultado a largo plazo, permitirá un resultado mejor o peor que el inicial, siendo esta la base de la evolución natural.
Transcripción
El ADN, en toda su secuencia de nucleótidos, es en realidad un plano bioquímico, el cual tiene mapeados o diseñados los aminoácidos que conformarán una proteína. Dicha proteína, cumplirá las más variadas funciones celulares, ya que en su totalidad una célula es hecha por proteínas. Por tanto, el ADN es el plano de toda la estructura y función celular.
De toda la longitud de ADN que tiene una célula, solo se expresa o transcribe una parte, según la función celular. Así, por ejemplo, una neurona humana tiene todo el genoma humano y por tanto, tiene los genes para producir todas las proteínas del cuerpo. Pero al ser una célula especializada con una función, solo producirá las proteínas que necesita para transmitir los impulsos nerviosos y funciones similares.
A su vez, no todo el ADN está diseñado para transcribir proteínas. Hay zonas del ADN que sirven de elementos estructurales (elementos de control), los cuales permiten determinar qué áreas del ADN se transcriben y cuáles no. Todo esto, es de amplia investigación por parte de la Ingeniería Genética.
Las partes que si se transcriben, son las que contienen las instrucciones para crear proteínas y se denominan genes. Por tanto, un gen, es la parte del genoma que codifica una proteína. Cada gen está dentro de una sola hebra de ADN, y tiene un tamaño variable, pero mínimamente es de cientos de bases nitrogenadas.
De la misma manera que con la replicación, para la síntesis de proteínas deben separarse ambas hebras. Para este procedimiento, determinadas enzimas, seleccionan la secuencia de control exacta e inician la copia del gen de la misma manera que se hace con la replicación, hasta detectar la secuencia de terminación, momento en que se detiene la transcripción.
Pero lo que se transcribe, no es otra hebra de ADN, sino es de ARN mensajero. Esta hebra simple de ARNm deja el núcleo y sale al citoplasma, sin antes que determinados sectores del interior del gen (intrones), serán retirados, quedando solo exones, que son la parte que realmente será traducida a proteína.
Traducción
Como mencionamos, el código genético contiene la información acerca de todas las proteínas que produce un ser humano, información contenida en los genes. Dichos genes, tienen una longitud de cientos o más, de bases nitrogenadas, las cuales como se mencionó, son cuatro para el ADN, y son identificadas por sus letras iniciales; así, la adenina (A), la citosina (C), la guanina (G) y la timina (T), son las “letras” de este alfabeto molecular.
Por ejemplo:
5’-TACCGTCCACGAGCATTGATAGCATACACCGCCGATGCTATT-3’
Dicha secuencia de nucleótidos del ADN, es transcrita a su ARN mensajero (ARNm), como dijimos, estará compuesta por las bases nitrogenadas complementarias de la tira de ADN y sustituyendo la timina por la base uracilo (U). Por lo tanto, la hebra de ARNm para el anterior ejemplo será:
3’-AUGGCAGGUGCUCGUAACUAUCGUAUGUGGCGGCUACGAUAA-5’
Nótese que los extremos 5’ y 3’ están invertidos en el ejemplo. Esto no significa que la tira este al revés, sino que como hebra antiparalela al ADN nativo, el ARNm se ensambla de igual manera, antiparalela.
Esta hebra de ARNm, lleva una secuencia de nucleótidos. Pero ¿para qué? ¿Cómo esta secuencia de letras puede codificar algo? es mediante tripletes.
Dividamos esta hebra de ARNm en segmentos de tres letras y tendremos:
3’-AUG-GCA-GGU-GCU-CGU-AAC-UAU-CGU-AUG-UGG-CGG-CUA-CGA-UAA-5’
A cada uno de estos tripletes componentes del ARNm, se lo denomina codón. La importancia de este codón, radica en que cada triplete representa un aminoácido diferente. Cada aminoácido, para ser parte de una proteína, debe estar unido a una molécula de ARN de transferencia (ARNt). En dicho ARNt, existe un segmento de tres nucleótidos que se enlazarán, mediante las reglas indicadas, a cada codón del ARNm, denominándose por tanto anticodón. Esta unión de codónanticodón permite que los aminoácidos exactos sean unidos a cada proteína, según la secuencia original del ADN. A este proceso se lo denomina traducción, ya que se traduce el gen en una proteína, y dicho proceso es realizado en los ribosomas.
En los seres vivos, puede haber 64 combinaciones posibles por triplete. En el ser humano, la equivalencia de cada codón (ARNm) con su respectivo aminoácido es la siguiente:
- El codón AUG codifica para metionina, pero también es tomado como señal de inicio de la traducción, por lo tanto, teóricamente al menos, todas las proteínas empiezan con metionina, a menos que sea retirada en un paso posterior.
- Los codones UAA, UAG y UGA, no codifican ningún aminoácido sino que codifican una señal de terminación, a partir de la cual, la proteína termina.
Volviendo al ejemplo dado, la secuencia de aminoácidos ensamblados será:
Met-Ala-Gli-Ala-Arg-Asn-Tir-Arg-Met-Tri-Arg-Leu-Arg-Terminación
En otras especies puede haber algunos cambios en los codones, pero la mayoría permanecerá igual.
Regulación génica
La regulación génica es el control que la célula tiene para determinar cuáles genes van a ser transcritos y cuáles no. De esta forma, cada célula se especializa al producir solo determinados genes característicos de su función y silenciar otros. Esto incluye una serie de mecanismos:
- Descondensación de la cromatina, los genes para ser transcritos necesitan estar descondensados.
- Metilación de citosinas, sobre todo para silenciar genes en sus regiones promotoras.
- Cambio del genoma por retiro o adición de nucleótidos.
- Incorporación del capuchón de 7-metil guanosina y de la cola poli-A al ARNm.
Mutación
La mutación genética es entendida, como el cambio en al menos una de las bases nitrogenadas del ADN, la cual pude ser cambiada a otra base. Produciendo un cambio en el codón correspondiente, cambiando un aminoácido por otro o incluso incluyendo un codón de terminación. Esto puede modificar a la proteína resultante poco o mucho, pudiendo dejarla inutilizada para la función que originalmente tenia.
Estos cambios pueden darse de manera natural, pero son mucho más importantes cuando son provocados por radiaciones ionizantes como las provenientes de los materiales radiactivos, que pueden causar gran cantidad de daños en el genoma, hasta enfermedades como el cáncer.
