Los
científicos empezaron a sospechar que el núcleo celular contenía el
mecanismo de la herencia. Fue descubierta la cromatina, sustancia que da
apariencia granular al núcleo, observable antes de la división celular.
ÁCIDOS NUCLEICOS
Los
ácidos nucleicos son macromoléculas o moléculas de elevado peso
molecular, portadores de información, presentes en casi todas las
células. Existen dos tipos fundamentales de ácidos nucleicos que son el
ADN y el ARN.
Ambos están compuestos por unidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido consta de 3 partes unidas: un grupo fosfato, una desoxirribosa (pentosa o azúcar de 5 carbonos) y una base nitrogenada.
Ambos están compuestos por unidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido consta de 3 partes unidas: un grupo fosfato, una desoxirribosa (pentosa o azúcar de 5 carbonos) y una base nitrogenada.
En 1874, Picard, en Francia, descubrió que existe 4 tipos de bases nitrogenadas, las cuales se clasifican en púricas y
pirimìdicas. Las bases púricas o purinas son anillos dobles de
carbono-nitrógeno, uno hexagonal y otro pentagonal. Estas son la adenina
y la guanina. Las
bases pirimìdicas o pirimidinas son anillos simples hexagonales de
carbono-nitrógeno. Estas son la citosina, la timina y el uracilo. La timina sólo se encuentra en el ADN y el uracilo sólo se encuentra en el ARN. Las demás son comunes a ambos ácidos nucléicos.
Tanto las bases púricas como las pirimìdicas se nombran por su letra inicial y en la formación de la molécula de ADN se aparean de la siguiente manera la adenina (A) con la timina (T) en el ADN o el uracilo en el ARN (U) y la guanina (G) con la citosina (C) en ambos. Así quedan una purina y una pirimidina apareadas.
Otra diferencia entre el ADN y el ARN es la pentosa o azúcar de 5 carbonos que le compone. El ADN contiene desoxirribosa y el ARN ribosa. De aquí su nombre. El grupo fosfato es igual para ambos.
La última diferencia estructural entre ambos ácidos es que el ADN es bicatenario, es decir que posee una doble cadena de nucleótidos, mientras que el ARN es monocatenario o poseedor de una sola cadena de nucleótidos.
ADN: ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
En
1944, Avery Macleod, Herschey y Chase demostraron que la información
genética se transmite de una generación a la siguiente sólo a través del
ADN. Años más tarde, en 1952, se inicia el estudio de la estructura del
ADN, por parte de los laboratorios Linus Pauling de EUA, Maurice
Wilkins de Londres y Francés Crick y James Watson de Gran Bretaña.
Finalmente,
en 1953, Watson y Crick demostraron la estructura del ADN a través del
modelo de doble hélice. Este modelo establece que el ADN está
organizado, como una escalera de caracol, por dos cadenas entrelazadas y
enfrentadas entre sí. Los lados de esa escalera se componen de la
desoxirribosa y el grupo fosfato intercalados y unidos por enlaces
fuertes.
Los
peldaños de la escalera están representados por las bases nitrogenadas
púricas y pirimìdicas unidas por puentes débiles de hidrógeno. Estas
bases se proyectan a intervalos regulares de modo que las bases de una
cadena se aparean con las bases correspondientes de la cadena opuesta.
El
ADN se encuentra enrollado y empaquetado de forma que puede ser
contenido por el núcleo. Primero, 140 a 150 bases de ADN forman un
nucleosoma al enrollarse alrededor de un núcleo proteico de histonas.
Los nucleosomas, a su vez, forman un solenoide helicoidal de modo que
cada vuelta incluye aproximadamente 6 nucleosomas. Los solenoides se
organizan en lazos o bucles de cromatina de aproximadamente un millón de
pares de bases que están unidos a un esqueleto proteico.
La
cromatina se condensa justo antes del inicio de la división celular,
dando lugar a la formación de cromosomas, que a su vez están compuestos
por genes formados por ácido desoxirribonucléico (ADN).
Poseemos
alrededor de 30,000 a 40,000 genes estructurales que codifican ácido
ribonucleico (ARN) o proteínas. Se transmiten de una generación a la
siguiente y son considerados como la unidad elemental de la herencia.
Influyen tanto en la determinación del fenotipo como en la herencia de
enfermedades.
Replicación del ADN
Para
que la información genética sea transmitida a la siguiente generación,
el ADN celular deber duplicarse antes de la división celular. Este
proceso se conoce como replicación y ocurre a través de los siguientes
pasos:
1. Separación
de las 2 cadenas que forman el ADN, para lo cual se rompen los enlaces
de hidrógeno que unen las cadenas por acción de la enzima espiralasa o
helicasa. El resultado son dos cadenas simples con cada una de sus bases
desapareadas.
2. Apareamiento
de las bases complementarias: cada base nitrogenada atraerá a un
nucleótidos libre que contenga la base complementaria apropiada, de modo
que la adenina atraiga a la timina, la guanina a la citosina y
viceversa. De esta manera, un segmento de la cadena simple sirve como
molde para la construcción de una cadena complementaria por acción de la
ADN polimerasa, quien añade los nucleótidos, comprueba que sean los
indicados y corrige cualquier error presente en el apareamiento. El resultado final de la replicación es una nueva molécula de ADN de doble cadena idéntica a la original.
La velocidad de replicación del ADN es
de 40 a 50 nucleótidos por segundo. Ocurre simultáneamente en distintos
puntos a lo largo del cromosoma denominados orígenes de replicación.
Las
secuencias de ADN codifican proteínas mediante los procesos de
transcripción y traducción. Cada secuencia de bases de nucleótidos
designa diferentes proteínas. La replicación ocurre en el núcleo celular
y la síntesis de proteicas en el citoplasma.
Para
que la información contenida en el ADN se transfiera al citoplasma y
sea usada para especificar la composición proteína se requieren dos
procesos: la transcripción y la traducción. El código del ADN se
transcribe a ARN mensajero, quien abandona el núcleo para traducirse en
proteínas.
ARN: ÁCIDO RIBONUCLEICO
El
ARN es un ácido nucleico similar al ADN. Está compuesto por una ribosa
(pentosa o azúcar de 5 carbonos), un grupo fosfato y bases nitrogenadas
adenina, guanina, citosina y uracilo (siendo el uracilo el sustituto de
la timina).
Transcripción: del ADN al ARN
Es
el proceso mediante el cual se forma una secuencia de ARN a partir de
un molde de ADN. Este se denomina ARN mensajero o ARNm por su capacidad
de migrar al citoplasma para iniciar la síntesis proteica, gracias a la
cual la información genética es expresada fenotípicamente. Este proceso
es altamente selectivo para regiones específicas del ADN, lo que resulta
en la diferenciación bioquímica de los diferentes tejidos del
organismo.
El
proceso de transcripción inicia cuando la ARN polimerasa se une a un
promotor o secuencia de nucleótidos que especifica el inicio de un gen.
Este separa una cadena de la otra en un fragmento del ADN exponiendo sus
bases libres.
Una
de las dos cadenas sirve de molde para la secuencia de nucleótidos del
ARNm, eligiéndose una región del cromosoma especifica, determinada por
la secuencia promotora que orienta a la ARN polimerasa en un sentido
particular a lo largo de la secuencia de ADN. La secuencia resultante es
idéntica a la cadena de ADN que no ha servido de molde.
Inmediatamente
inicia la síntesis de ARNm, la molécula es coronada o encapsulada por
la adición de un nucleótido de guanina modificada químicamente (CAP),
ayudando así a prevenir su degradación durante la síntesis e implicando
la posición de inicio para la traducción de la molécula de ARNm a
proteína.
El
proceso de transcripción culmina con el alcance del grupo de bases
denominado secuencia de terminación. Cercano a este punto, se añade una
serie de 100 a 200 bases de guanina, denominada cola poli-A. Lo que le
confiere estabilidad para que no sea degradada cuando alcance el
citoplasma.
Al
final, se separan las cadenas de ADN y la ARN polimerasa de este nuevo
producto, dando como resultado una molécula simple de ARNm denominada
transcrito primario o pre-ARNm, complementario con el ADN que le dio
origen.
El
ARNm transcrito primario, para adquirir capacidad funcional debe sufrir
algunas modificaciones. Esta conversión ocurre por la remoción de
algunas secciones llamadas intrones y la adhesión de las restantes
llamadas exones por acción de enzimas nucleares. Una vez hecho esto, el
ARNm transcrito maduro o ARNm funcional sale hacia el citoplasma para
iniciar la codificación de proteínas.
Traducción
Es
el proceso mediante el cual el ARNm maduro o funcional que ha pasado
del núcleo al citoplasma sirve de molde para la síntesis de un
polipéptido.
Las
proteínas se componen de uno o más polipéptidos, resultado de una
secuencia de aminoácidos. Dicha secuencia es especificada por el ARNm.
Los aminoácidos que componen las proteínas están codificados en unidades
de 3 bases de ARNm, denominadas codones, lo que permite que los 20
aminoácidos y los 4 tipos de bases nitrogenadas den lugar a la
existencia de 64 codones distintos. La correspondencia entre los codones
específicos y los aminoácidos se conoce como código genético.
El
ARNm no tiene la capacidad de unirse directamente a los aminoácidos,
para ello se sirve del ARN de transferencia o ARNt. El ARNt es una
cadena de ARN en forma de trébol de aproximadamente 80 nucleótidos.
En
un extremo tiene un lugar para la unión a un aminoácido específico y en
el extremo opuesto tiene una secuencia de 3 nucleótidos denominada
anticodón. El anticodón se aparea con las bases complementarias del
codón del ARNm y capta el aminoácido complementario a la secuencia del
anticodón.
Este
aminoácido se transfiere a la cadena polipeptídica en proceso de
síntesis, lo que permite que el ARNm especifique la secuencia de
aminoácidos a través del ARNt.
Esta
síntesis de proteínas tiene lugar en el ribosoma de la célula, quien
contiene enzimas y ARN ribosómico o ARNr. La función de este último es
favorecer la unión del ARNm y el ARNr a los ribosomas.
Durante
la traducción, el ribosoma se une a un lugar iniciador en la molécula
del ARNm, donde se localiza un codón específico. Luego se une a la
superficie del ARNt para que el apareamiento de las bases entre el ARNm y
el ARNt se realice.
El
ribosoma se va desplazando a lo largo de la secuencia de ARNm, codón a
codón. Mientras esto ocurre, cada codón se traduce en un aminoácido
mediante la interacción ARNm-ARNt. Así se van uniendo los aminoácidos
adyacentes originando un polipéptido. Una vez terminada la síntesis, el
polipéptido se separa del ribosoma, siendo liberado en el citoplasma.
Una vez liberado, este polipéptido aún disfuncional, experimenta un proceso denominado procesamiento postraduccional cuya finalidad es darle funcionalidad. Existen diferentes tipos de procesamiento como son la fragmentación, la combinación con otros polipéptidos y la adición de cadenas laterales de carbohidratos.
Código Genético
Es un conjunto de informaciones codificadas contenidos en los genes de las células gracias a los cuales se sintetizan las proteínas específicas a partir de los aminoácidos. Constituye las secuencia de bases nucleotídicas correspondientes a la secuencia de aminoácidos.
Cada secuencia de este conjunto está compuesta por 3 letras (3 bases nitrogenadas) que reciben el nombre de codón. Un codón es una secuencia de bases nitrogenadas en la molécula de ADN o ARN que codifica un aminoácido específico. Las interrelación de las diferentes bases (AGCU) dará lugar a 64 combinaciones posibles. De ellas 61 codifican para los 20 aminoácidos más comunes, lo que significa que la gran mayoría puede ser especificado o codificado por más de un codón. Los 3 restantes son codones de finalización que se colocan al final de la secuencia de ARNm.
Las características del código genético son:
1. Los nucleótidos del ARNm se leen de tres en tres (tripletes o codones)
2. Existen tripletes de iniciación. El codón o triplete AUG es el único que tiene doble función, además de ser iniciador codifica la metionina.
3. Es universal
4. Es específico. Un codón codifica siempre el mismo aminoácido
5. Hay más de un codón para cada aminoácido
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