D. Génetica molecular

El avance del conocimiento de la estructura molecular de los organismos ha permitido desarrollar nuevas combinaciones moleculares que pueden ser la diferencia entre la vida y muerte de una persona o entre la hambruna mundial o la alimentación de todos los pobladores del mundo.

Los ácidos nucleicos

En 1869, el biólogo suizo Johan Fredrich Miescher (1844-1895) aisló del núcleo de los glóbulos blancos, unas moléculas a las que denomino nucleinas. Estas nucleinas estaban formadas por carbono, hidrogeno, oxígeno, nitrógeno y gran cantidad de fosforo. Posteriormente, se encontró que este compuesto estaba formado por un componente de tipo proteico y otro de carácter ácido, por esto las nucleinas comenzaron a llamarse ácidos nucleicos

El modelo de la molécula de ADN: Watson y Crick (1953)

 En 1953, James D. Watson y Francis H.C. Crick, dos científicos que trabajaban en la Universidad de Cambridge, Inglaterra, propusieron el modelo que hoy se acepta para la estructura de la molécula de ADN, sobre la base de todos los datos disponibles.  Las principales características de la molécula de ADN, de acuerdo con el modelo Watson – Crick, se pueden resumir en los siguientes puntos:

  1. La molécula se compone de dos barras torcidas entre sí, configurando una doble hélice.
  2. Cada barra se compone de una cadena de nucleótidos, las que se disponen de manera antiparalela, es decir, una cadena va en dirección 5′ à 3′ y la otra 3′ à 5′.
  3. Los nucleótidos de cada barra se unen entre sí por los grupos fosfatos.
  4. Las cuatro bases nitrogenadas se encuentran apareadas con sólo dos posibles combinaciones: A =T y G = C.
  5. Las bases nitrogenadas están unidas entre sí por débiles enlaces de hidrógeno, los que son fáciles de romper.
  6. Como la secuencia de nucleótidos es el único elemento variable en la molécula, es evidente que debe ser también la propiedad que se utiliza para codificar las instrucciones genéticas.

  • El ADN controla el fenotipo de cada individuo a través de la formación de proteínas que actúan desencadenando las reacciones bioquímicas propias de la especie a la que pertenece el ADN.
  • La formación de determinada proteína implica la ordenación de los aminoácidos que la constituyen en una secuencia determinada.
  • La información codificada en la molécula de ADN se transmite al ARN mensajero (transcripción) que la lleva al sitio de síntesis proteicas (ribosomas).
  • Una vez en los ribosomas, el código es traducido fielmente, formándose la proteína indicada (traducción).
  • Nuestro material genético es único, pero el hecho de que sea único no quiere decir que sea inmutable, en ocasiones debido a que estamos expuestos a un serie de agentes químicos o físicos que producen cambios een el material genético del núcleo celular.

    Cuando dichos cambios se producen en las celulas somáticas, se perderan con la muerte de la célula portadora o del individuo, pero, si la alteracion se da en células que participan en la formación de gametos existe la probabilidad de que se transmita a la descendencia.

    algunos cambio del material genético inciden en la población y a largo plazo y eventualmente en la especie, en ocasiones la mutación puede ser favorable para el organismo en cuestión y en esos casos puede producirle una ventaja evolutiva por un mejor nivel de supervivencia y mayor exito reproductivo.

    “EL DOGMA CENTRAL”
    El descubrimiento de la naturaleza del material genético arrojó nueva luz sobre la relación entre genes y proteínas. En efecto, si la información genética se encontraba cifrada en forma de la secuencia de nucleótidos del DNA, resultaba claro, a la luz de la teoría “un gen – un enzima”, que la expresión de esta información debería consistir en una “traducción” de la secuencia de nucleótidos de un gen a la secuencia de aminoácidos de una proteína. Ahora bien, ¿cómo se lleva a cabo este proceso?

    Transcripción del código

    Conocido el flujo de la información génica, explica ahora cómo se produce el proceso de transcripción ADN  ARN y luego cómo el ARN es leído para fabricar proteínas específicas.
    La formación del ARNm, a partir de la molécula de ADN, empieza cuando ésta se abre y, sobre una de las dos bandas, se va construyendo la barra única del ARNm. Este proceso de transcripción está catalizado por una enzima, la ARN polimerasa y empieza precisamente cuando esta enzima se combina con una porción de la molécula de ADN conocida como promotor. Luego continua con el “apareamiento” de las bases complementarias: guanina con citosina; adenina con timina; y uracilo frente a adenina. El producto de la transcripción es el ARNm que deja el núcleo y transporta la información al citoplasma, específicamente, a los ribosomas donde tiene lugar a traducción del código.

    Un código es un sistema de símbolos utilizados para transferir información de una forma a otra. El lenguaje escrito es un tipo de código inventado por el hombre para expresar ideas y comunicarse entre sí. Nuestro abecedario consta de 28 símbolos, que son las letras; con ellas se pueden formar muchas palabras, simplemente, combinándolas. Evidentemente, cualquier persona que desconozca el código representado por el abecedario del idioma castellano es incapaz de interpretarlo.
    La mayor parte de las palabras se forman con 2 ó más letras. Por ejemplo pala, casa, casado, ramo. Palabras diferentes se pueden construir a partir de las mismas letras con una simple reordenación. Así tenemos: pala/lapa, casa/saca, casado/sacado, ramo/amor.

    El problema de fondo con la síntesis de proteínas es que se trata de construir secuencias de polímeros de 20 tipos de aminoácidos distintos a partir de un plano entregado por el ARNm que posee secuencias de sólo 4 tipos de bases nitrogenadas.
    Evidentemente no puede existir una relación uno a uno entre bases nitrogenadas y aminoácidos, sencillamente porque sólo hay 4 bases para 20 aminoácidos. Si, por el contrario, la “traducción” se hiciera a partir de pares de bases nitrogenadas, las combinaciones posibles serían: AA, AT, AC, AG, TT, TA, TC, TG, CC, CT, CA, CG, GG, GT, GA, GC = 16 combinaciones. Es decir, tampoco sería posible pues aún sería necesario traducir otros 4 aminoácidos.
    Finalmente, si se usan tríos o tripletes de bases nitrogenadas, como por ejemplo, AAA, ATC, CGT, etc. las combinaciones posibles sobrepasan ampliamente los 20 aminoácidos que debe codificarse.
    En efecto, los 20 aminoácidos están representados en el código genético por la agrupación de tres letras (triplete) de las cuatro existentes. Si uno considera las posibilidades de arreglo de cuatro letras agrupadas de a tres resulta que tenemos 64 posibilidades de palabras a codificar, o 64 posibles codones (secuencias de tres bases en el ARNm que codifica para un aminoácido específico o una secuencia de control).

    Los ribosomas son los organelos citoplasmáticos que sirven de sustrato físico para la traducción, es decir, es “donde” se produce la síntesis proteica. Cada ribosoma está formado por una subunidad liviana y una pesada. La subunidad liviana tiene una hebra de ARN ribosomal y 21 proteínas diferentes. La subunidad pesada consiste en dos hebras de ARN ribosomal y 34 proteínas diferentes. La subunidad liviana tiene el sitio para que se pegue el ARNm. Tiene un rol crucial en la decodificación del ARNm pues monitorea el apareamiento de bases entre el codón del ARNm y el anticodón de ARNt. La subunidad pesada tiene dos sitios para el ARNt. Cataliza la formación de la unión entre dos aminoácidos contiguos (enlace peptídico).

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    El flujo de la información génica

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