Ácido desoxirribonucleico
 
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Ácido desoxirribonucleico (ADN), material genético de todos los organismos celulares y casi todos los virus. El ADN lleva la información necesaria para dirigir la síntesis de proteínas y la replicación. Se llama síntesis de proteínas a la producción de las proteínas que necesita la célula o el virus para realizar sus actividades y desarrollarse. La replicación es el conjunto de reacciones por medio de las cuales el ADN se copia a sí mismo cada vez que una célula o un virus se reproduce y transmite a la descendencia la información que contiene. En casi todos los organismos celulares el ADN está organizado en forma de cromosomas, situados en el núcleo de la célula.



LA REPLICACIÓN DEL ADN


La replicación del AND comienza en una secuencia de nucleótidos particular en el cromosoma: el origen de la replicación. Ocurre bidireccionalmente por medio de dos horquillas de replicación que se mueven en direcciones opuestas. Las enzimas helicasas desenrollan la doble hélice en cada horquilla de replicación y proteínas de unión a cadena simple estabilizan las cadenas separadas. Otras enzimas, las topoisomerasas, relajan el superenrollamiento de la hélice, ya que cortan las cadenas por delante de las horquillas de replicación y luego las vuelven a unir.

Para que pueda comenzar la replicación se necesita una secuencia de cebador de RNA -sinetizado por la enzima RNA primasa-, con sus bases correctamente apareadas con la cadena molde. La adición de nucleótidos de ADN a la cadena es catalizada por las ADN polimerasas. Estas enzimas sintetizan nuevas cadenas sólo en la dirección 5' a 3', añadiendo nucleótidos uno a uno al extremo 3' de la cadena creciente.

La replicación de la cadena adelantada es continua, pero la replicación de la cadena rezagada es discontinua. En la cadena rezagada, fragmentos de Okazaki se sintetizan en la dirección 5' a 3'. La enzima ADN ligasa une fragmentos de Okazaki contiguos. En el proceso de replicación del ADN se pierden nucleótidos en los extremos de las moléculas de ADN lineales. En algunas células eucarióticas, esta pérdida es compensada por la actividad de la enzima telomerasa .

En el curso de la síntesis de ADN, la ADN polimerasa corrige los errores, retrocediendo cuando es necesario para eliminar nucleótidos que no estén correctamente apareados con la cadena molde. Otros errores en el ADN ocurren en forma independiente del proceso de replicación y son usualmente reparados por distintos mecanismos.

Los nucleótidos, antes de ser incorporados a las cadenas crecientes de ADN, se encuentran en forma de trifosfatos. La energía requerida para impulsar la replicación proviene de la eliminación de dos fosfatos "supernumerarios" y la degradación del enlace P ~ P.




SÍNTESIS PROTEICA



El ADN incorpora las instrucciones de producción de proteínas. Una proteína es un compuesto formado por moléculas pequeñas llamadas aminoácidos, que determinan su estructura y función. La secuencia de aminoácidos está a su vez determinada por la secuencia de bases de los nucleótidos del ADN. Cada secuencia de tres bases, llamada triplete, constituye una palabra del código genético o codón, que especifica un aminoácido determinado. Así, el triplete GAC (guanina, adenina, citosina) es el codón correspondiente al aminoácido leucina, mientras que el CAG (citosina, adenina, guanina) corresponde al aminoácido valina. Por tanto, una proteína formada por 100 aminoácidos queda codificada por un segmento de 300 nucleótidos de ADN. De las dos cadenas de polinucleótidos que forman una molécula de ADN, sólo una, llamada paralela, contiene la información necesaria para la producción de una secuencia de aminoácidos determinada. La otra, llamada antiparalela, ayuda a la replicación.

La síntesis proteica comienza con la separación de la molécula de ADN en sus dos hebras. En un proceso llamado transcripción, una parte de la hebra paralela actúa como plantilla para formar una nueva cadena que se llama ARN mensajero o ARNm (véase Ácido ribonucleico). El ARNm sale del núcleo celular y se acopla a los ribosomas, unas estructuras celulares especializadas que actúan como centro de síntesis de proteínas. Los aminoácidos son transportados hasta los ribosomas por otro tipo de ARN llamado de transferencia (ARNt). Se inicia un fenómeno llamado traducción que consiste en el enlace de los aminoácidos en una secuencia determinada por el ARNm para formar una molécula de proteína.

Un gen es una secuencia de nucleótidos de ADN que especifica el orden de aminoácidos de una proteína por medio de una molécula intermediaria de ARNm. La sustitución de un nucleótido de ADN por otro que contiene una base distinta hace que todas las células o virus descendientes contengan esa misma secuencia de bases alterada. Como resultado de la sustitución, también puede cambiar la secuencia de aminoácidos de la proteína resultante. Esta alteración de una molécula de ADN se llama mutación. Casi todas las mutaciones son resultado de errores durante el proceso de replicación. La exposición de una célula o un virus a las radiaciones o a determinados compuestos químicos aumenta la probabilidad de sufrir mutaciones



CÓDIGO GENÉTICO

Código genético, mecanismo mediante el cual la información genética contenida en el ácido desoxirribonucleico (ADN) de los cromosomas se transcribe a otro ácido nucleico llamado ácido ribonucleico (ARN) y a continuación a las proteínas. El código genético es indispensable para realizar, a partir de la doble hélice de los genes formada por nucleótidos, la síntesis de proteínas, que son cadenas de aminoácidos; cada proteína tiene una secuencia precisa de aminoácidos.

La estructura tridimensional en forma de doble hélice de la molécula de ADN fue demostrada por James D. Watson y Francis Crick en 1953 a partir de sus componentes fundamentales (azúcar, base nitrogenada y fósforo) y de imágenes cristalográficas. Pero faltaba averiguar cómo interpreta el organismo la secuencia de las distintas bases que forman la estructura lineal del ADN para sintetizar las cadenas de aminoácidos de las proteínas. La solución a este enigma, el código genético, se halló en 1966 gracias a la colaboración entre numerosos investigadores, entre ellos Marshall Nirenberg.

El código genético asocia a cada triplete de bases del ADN, llamado codón, un aminoácido concreto. Con los cuatro tipos de bases (U, uracilo; A, adenina; G, guanina; y C, citosina) que forman la molécula de ARN, sintetizada de manera complementaria a partir de la de ADN, se pueden formar 64 tripletes distintos (por ejemplo, UAC, UGG y AUC, entre otros). Cada codón se atribuye a un aminoácido concreto de los veinte posibles sin ninguna ambigüedad. Como hay menos aminoácidos que codones, algunos de aquéllos quedan designados por varios de éstos. Así, los seis tripletes UUA, UUG, CUU, CUC, CUA y CUG designan el aminoácido leucina y los dos AGU y AGC la serina; en cambio, el triptófano queda designado por un solo codón, UGG. La mayor parte de los aminoácidos están determinados de manera casi unívoca por sus dos primeras bases y, en muchos casos, el tercer nucleótido es un complemento indiferente o designa otro aminoácido de una familia próxima. Esta propiedad contribuye a limitar las consecuencias de los errores de copia o lectura.

En estas condiciones, la secuencia de ADN “ACC GCA AGC ATG AAT TTT TAC CTT” se convierte en la “UGG CGU UCG UAC UUA AAA AUG GAA” de ARN, que a su vez corresponde a la secuencia proteica “triptófano - arginina - serina - tirosina - leucina - lisina - metionina - glutamato”.

No todos los codones codifican un aminoácido. Tres de ellos —UAG, UAA, UGA— no se atribuyen a ninguno, pero desempeñan una función muy importante: señalan el final de la parte codificadora de la hebra de ARN. Cuando la lectura del complejo ribosómico llega a su altura, se interrumpe la síntesis de proteína.

El código genético de traducción lo utilizan todas las especies vivientes, desde las bacterias hasta el ser humano y los vegetales. Esta simple constatación demuestra el origen común de todos los seres vivos.


El ADN de una sola célula humana que, si se extendiera en una hebra única mediría casi 2 metros de largo, puede contener una información equivalente a unas 600.000 páginas impresas de 500 palabras cada una, o a una biblioteca de aproximadamente 1.000 libros.
Sin duda, la estructura del ADN puede dar cuenta de la enorme diversidad de los seres vivos. La información se encuentra en la secuencia de bases nitrogenadas y cualquier secuencia de bases es posible. Dado que el número de pares de bases es de aproximadamente 5.000 en el virus más simple conocido, hasta una estimación de 5.000 millones en los 46 cromosomas humanos, el número de variaciones posibles es astronómico.

La replicación de los cromosomas eucarióticos se inicia en orígenes múltiples. Cada burbuja de replicación individual se extiende hasta que finalmente se encuentra con otra y ambas se unen. En esta fotomicrografía electrónica de una célula embrionaria de Drosophila melanogaster, los centros de las burbujas de replicación están indicados con flechas.

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