Bases de la Genética Molecular
Estructura de los Ácidos Nucleicos
- Las bases nitrogenadas púricas son Adenina (A) y Guanina (G).
- Las bases nitrogenadas pirimidínicas son Timina (T) y Citosina (C).
Replicación del ADN
A continuación, se presentan las diferencias clave en el proceso de replicación entre células eucariotas y procariotas:
La ARN Polimerasa y la Transcripción
La ARN polimerasa es la enzima clave en la transcripción, encargada de copiar la información genética del ADN en una molécula de ARN.
Síntesis Continua y Discontinua
Explicación de por qué una hebra de ADN se sintetiza de forma continua y la otra de forma discontinua (debido a la direccionalidad 5′ a 3′ de la ADN polimerasa y la naturaleza antiparalela de la doble hélice):
Mecanismo de Replicación del ADN
La replicación es un proceso semiconservativo que asegura la transmisión de la información genética de generación en generación (ocurre en la fase S del ciclo celular).
Fase de Iniciación
- Helicasa: Separa las dos hebras de ADN.
- Topoisomerasa: Elimina las tensiones generadas por el desenrollamiento.
- Proteínas SSB (Single-Strand Binding): Mantienen las hebras separadas y estables.
Fase de Elongación
- ADN Polimerasa III: Enzima principal para la síntesis de las nuevas hebras de ADN.
- Se requiere un primer (cebador de ARN), sintetizado por la Primasa.
- Los Fragmentos de Okazaki (en la hebra rezagada) se unen gracias a las Ligasas.
- ADN Polimerasa I: Elimina los primers de ARN y rellena los huecos con ADN.
Mecanismos de Corrección de Errores
La fidelidad de la replicación se mantiene mediante enzimas de reparación:
- Nucleasas: Enzimas que eliminan segmentos incorrectos.
- Endonucleasas: Detectan errores y cortan el ADN internamente.
- Exonucleasas: Eliminan el fragmento incorrecto desde los extremos.
- ADN Polimerasa I: Sintetiza el fragmento de ADN eliminado.
- ADN Ligasa: Une el nuevo segmento a la cadena existente.
Expresión Génica: Transcripción y Traducción
Flujo de la Información Genética
El Dogma Central de la Biología Molecular describe el flujo de la información genética dentro de la célula:
Procesos de Síntesis
Transcripción Inversa
La síntesis de ADN a partir de una plantilla de ARN se denomina transcripción inversa, proceso llevado a cabo por la enzima transcriptasa inversa.
Traducción (Síntesis de Proteínas)
El proceso por el cual la molécula de ARN mensajero (ARNm) da lugar a una proteína se llama traducción. En células eucariotas, este proceso tiene lugar en el citoplasma.
Elementos Clave de la Traducción
- Codón: Triplete de nucleótidos (bases) del ARNm que especifica un aminoácido.
- Anticodón: Triplete de bases del ARNt (asociado a un aminoácido específico) complementario al codón del ARNm. La interacción ocurre en el sitio A del ribosoma, permitiendo la incorporación del aminoácido al polipéptido en síntesis.
- Polisoma: Estructura generada por la traducción simultánea de un mismo ARNm por varios ribosomas.
El Ribosoma
El orgánulo donde tiene lugar la traducción del mensaje genético es el ribosoma. Su estructura molecular presenta dos subunidades (mayor y menor) y está compuesto por ARN ribosómico (ARNr) y proteínas.
Fuentes de Variabilidad Genética
La recombinación y la mutación son los principales motores de la diversidad genética.
Ingeniería Genética y Biotecnología
Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)
La PCR es una técnica fundamental para amplificar secuencias específicas de ADN.
Pasos de la PCR
- Desnaturalización: Aumento de la temperatura para separar las hebras de ADN.
- Hibridación (Alineamiento): Los cebadores (primers) se unen a las secuencias complementarias.
- Elongación: Síntesis de la nueva cadena de ADN por la polimerasa termoestable.
Elementos Necesarios
- Cadena molde de ADN (monocatenario).
- Mezcla de desoxirribonucleótidos trifosfato (dNTPs).
- Cebadores (primers), cuya secuencia es complementaria a los extremos de la cadena molde.
Proyecto Genoma Humano (PGH)
El objetivo principal del PGH fue obtener la información completa contenida en el genoma humano. Conociendo la secuencia de ADN, es posible localizar todos los genes en sus cromosomas e identificar nuevos genes.
ADN Recombinante y Clonación
El ADN recombinante son moléculas de ADN en las que se han introducido genes exógenos que se expresan en un hospedador diferente al organismo de origen.
Fases de la Clonación Molecular
- Aislamiento y obtención del gen de interés.
- Selección del vector de clonación y formación del ADN recombinante.
- Inclusión del ADN recombinante en una célula hospedadora.
- Selección de células clonadas y expresión de los genes exógenos en el hospedador.
Organismos Transgénicos
Un organismo transgénico es aquel al que se le han introducido genes extraños (transgenes).
Aplicaciones de la Ingeniería Genética
- Estudios Evolutivos: La PCR permite amplificar pequeñas cantidades de ADN de organismos extintos.
- Estudios Arqueológicos: Detección de la presencia de enfermedades en organismos momificados.
- Huellas Dactilares del ADN: Comparación de muestras de ADN para identificación forense o pruebas de paternidad.
- Obtención de Productos Sanitarios: Producción de hormonas (ej. insulina) y vacunas.
- Diagnóstico de Enfermedades Genéticas: Detección de patologías como la fibrosis quística.
- Terapia Génica: Administración de material genético para corregir defectos genéticos.
- Clonación de Organismos Vivos: Obtención de organismos genéticamente idénticos. Vías:
- Disgregación de células embrionarias.
- Transferencia del núcleo de una célula somática a un ovocito.
Mutaciones y su Impacto Biológico
Definición de Mutación
Una mutación es una alteración que se produce en la secuencia de bases nitrogenadas del ADN. Esta alteración puede provocar que la proteína correspondiente cambie su función o actúe erróneamente.
Clasificación de las Mutaciones
1. Mutaciones Génicas
Afectan solo a un gen. Son cambios químicos en el ADN que no son visibles al microscopio. Ocurren por errores no corregidos durante la replicación o por la acción de agentes químicos o físicos.
- Por Sustitución de Bases: Una base es cambiada por otra.
- Transición: Una base púrica (A/G) es sustituida por otra púrica, o una pirimidínica (T/C) por otra pirimidínica.
- Transversión: Una base púrica (A/G) es sustituida por una pirimidínica (T/C) o viceversa. Estas son más frecuentes que las transiciones.
- Por Pérdida o Inserción de Bases (provocan corrimiento del marco de lectura).
- Transposiciones: Variaciones de lugar de algunos segmentos de ADN.
2. Mutaciones Cromosómicas
Afectan a la estructura de los cromosomas.
- Alteraciones en el orden de los genes:
- Inversiones.
- Translocaciones: Un fragmento cambia a otro lugar.
- Alteraciones por número incorrecto de genes:
- Deficiencias: Pérdida de un fragmento en el extremo.
- Deleciones: Pérdida de un fragmento del cromosoma.
3. Mutaciones Genómicas
Alteración del número de cromosomas.
- Euploidías: Alteración en el número de juegos cromosómicos (monoploidías o poliploidías).
- Aneuploidías: Falta o sobra algún cromosoma.
- Nulisomías: Falta una pareja de cromosomas.
- Monosomías: Falta un cromosoma.
- Trisomías: Triplicación de un cromosoma (tres ejemplares).
- Tetrasomías: Cuatro ejemplares de un cromosoma.
Mutaciones, Evolución y Cáncer
Mutaciones y Evolución
Las mutaciones son la fuente primaria de variabilidad genética, esencial para el proceso evolutivo. Aunque muchas mutaciones son perjudiciales a nivel individual, son beneficiosas para la población en su conjunto, ya que impulsan la adaptación y el cambio evolutivo global.
Mutaciones y Cáncer
El cáncer es causado por un proceso de división celular sin control, que provoca la multiplicación rápida y desorganizada de las células. Esta multiplicación conduce a la destrucción del tejido afectado e incluso a la metástasis (extensión a otros órganos).
En este proceso intervienen dos tipos de genes:
- Oncogenes: Provocan un aumento de las señales que estimulan la división celular.
- Genes Supresores de Tumores: Codifican proteínas inhibidoras de la división celular.