Fundamentos de la Biología Molecular

Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son grandes polímeros formados por la repetición de monómeros denominados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman largas cadenas; algunas moléculas de ácidos nucleicos llegan a alcanzar tamaños gigantescos, de millones de nucleótidos encadenados.

El ADN (Ácido Desoxirribonucleico) es la macromolécula base de la herencia. Es un ácido nucleico que contiene la información de las características hereditarias de cada ser vivo y las secuencias para la creación de aminoácidos que generarán las proteínas vitales para el funcionamiento de los organismos.

El ARN (Ácido Ribonucleico) es un polímero de nucleótidos que se compone de un azúcar de ribosa, un fosfato y bases tales como adenina, guanina, citosina y uracilo. Desempeña un papel crucial en la expresión genética, actuando como el intermediario entre la información genética codificada por el ADN y las proteínas.

Tipos de ARN:

• ARN mensajero (ARNm): Explica apenas el 5% del total de ARN en la célula. El ARNm es el más heterogéneo de los tres tipos de ARN en términos de serie base y tamaño. Lleva la clave genética complementaria copiada del ADN durante la transcripción, bajo la forma de tríos de nucleótidos llamados codones.
• ARN ribosómico (ARNr): Los rRNAs se encuentran en los ribosomas y explican el 80% del ARN total presente en la célula. Los ribosomas se componen de una subunidad grande (llamada «años 50» en el texto original) y de una pequeña subunidad (llamada «años 30» en el texto original), que se componen de sus propias moléculas específicas de rRNA. Diversos rRNAs presentes en los ribosomas incluyen los pequeños rRNAs y los rRNAs grandes, que pertenecen a las subunidades pequeñas y grandes del ribosoma, respectivamente.

Las bases nitrogenadas son compuestos orgánicos cíclicos que incluyen dos o más átomos de nitrógeno. Son parte fundamental de los nucleósidos, nucleótidos, nucleótidos cíclicos, dinucleótidos y ácidos nucleicos.

Componentes Clave de la Genética

Un codón es una secuencia de tres nucleótidos de ADN o ARN que corresponde a un aminoácido específico.

Un anticodón es la secuencia de tres nucleótidos complementaria a una secuencia de otros tres nucleótidos que se encuentran en el ARN mensajero (ARNm), siendo esta última el codón. El anticodón, en cambio, forma parte de un extremo de una molécula de ARN de transferencia (ARNt).

En bioquímica, un triplete es un conjunto de tres bases nitrogenadas, correspondiente a tres nucleótidos de la secuencia de los ácidos nucleicos (ADN o ARN), que lleva el código genético para un solo aminoácido.

Los aminoácidos son un conjunto de 20 tipos distintos de moléculas y constituyen las piezas básicas para construir proteínas. Las proteínas constan de una o más cadenas de aminoácidos; estas cadenas se llaman polipéptidos.

Las proteínas o prótidos son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. Estas se ensamblan de diversas formas, lo que les permite participar como los principales componentes estructurales de las células y los tejidos.

Funciones de las Proteínas

Las proteínas determinan la forma y la estructura de las células y dirigen casi todos los procesos vitales. Las funciones de las proteínas son específicas de cada una de ellas y permiten a las células mantener su integridad, defenderse de agentes externos, reparar daños, controlar y regular funciones.

Procesos Genéticos Fundamentales

El código genético es el conjunto de reglas que define cómo se traduce una secuencia de nucleótidos en el ARN a una secuencia de aminoácidos en una proteína. Este código es común en todos los seres vivos, lo cual demuestra que ha tenido un origen único y es universal, al menos en el contexto de nuestro planeta.

La transcripción del ADN es el primer proceso de la expresión genética, mediante el cual se transfiere la información contenida en la secuencia del ADN hacia la secuencia de proteína utilizando diversos ARN como intermediarios.

La traducción es el segundo proceso de la síntesis proteica (parte del proceso general de la expresión génica). Ocurre tanto en el citoplasma, donde se encuentran los ribosomas, como en el retículo endoplasmático rugoso (RER).

La biosíntesis de proteínas o síntesis de proteínas es el proceso anabólico mediante el cual se forman las proteínas.

Regulación Genética

Cada ser vivo posee un gran número de genes, tanto mayor cuanto más compleja es la especie. Esto no significa que todos los genes se transcriban a la vez, ni siquiera que todos los genes se transcriban alguna vez a lo largo de la existencia de los seres vivos. Muchos genes solo se transcriben cuando la célula lo necesita, y muchos otros no se transcriben nunca una vez que se ha producido la diferenciación celular. Esto es lo que constituye la regulación de la expresión génica.

Existen, por tanto, dos aspectos a considerar en esta regulación:

• La diferenciación celular: Es decir, la conversión de una célula totipotente en otra especializada que forma parte de un tejido. Aunque no conocemos los mecanismos exactos de esa transformación, sabemos que cada estirpe celular posee una parte concreta de su genoma que está irreversiblemente bloqueada y que no se expresa nunca. Solo existe reversibilidad de ese proceso cuando se desarrolla un cáncer, enfermedad que consiste precisamente en que una célula diferenciada vuelve a convertirse en totipotente, desbloqueando su genoma.
• La regulación génica como respuesta a factores ambientales: Que provocan necesidades en las células.

El proceso de bloqueo y activación de los genes en los organismos superiores aún no está claro. Sin embargo, el proceso de regulación génica en bacterias, que es más sencillo, fue estudiado por los franceses F. Jacob y J. L. Monod, quienes propusieron un modelo de regulación para procariotas que les valió el Premio Nobel, el llamado modelo del Operón.

Estructuras y Mecanismos Celulares

Elementos Celulares

Un virus es un microorganismo compuesto de material genético protegido por un envoltorio proteico, que causa diversas enfermedades introduciéndose como parásito en una célula para reproducirse en ella.

Un cromosoma es un orgánulo en forma de filamento que se halla en el interior del núcleo de una célula eucariota y que contiene el material genético; el número de cromosomas es constante para las células de una misma especie.

Replicación y Transformación

Autoduplicación Semiconservativa de ADN y Cromosomas

Los cromosomas son moléculas de ADN que contienen información. Cuando el ADN se autoduplica (antes de la división celular), las dos hebras que lo constituyen se separan y a cada una de ellas se le comienzan a unir bases complementarias de manera de «copiar» la información de cada una de las hebras (o cadenas) de ADN originales. Al final de este proceso, se obtendrán dos moléculas de ADN, cada una con dos hemicadenas. Cada una de las moléculas de ADN formada contiene una hemicadena original y una hemicadena recién sintetizada que se formó por el acoplamiento de las bases complementarias a una de las cadenas originales.

En definitiva, que la autoduplicación sea semiconservativa quiere decir que cada molécula de ADN (o cada cromosoma) que resulta de este proceso está formado por una hebra madre (u original) y una hebra recién sintetizada.

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El experimento de Griffith, llevado a cabo en 1928, fue uno de los primeros experimentos que demostró que las bacterias eran capaces de transferir información genética mediante un proceso llamado transformación. Descubrió el «principio de transformación» en la bacteria neumococo.

Un factor transformador es un fragmento de ADN que puede intercambiarse entre diferentes cepas de bacterias.

Conceptos Inmunológicos Básicos

Un antígeno es una sustancia que, al introducirse en el organismo, induce en este una respuesta inmunitaria, provocando la formación de anticuerpos.

Figuras Clave en la Biología Molecular

Biografías

John Broadus Watson (Greenville, Carolina del Sur; 9 de enero de 1878 – Nueva York; 25 de septiembre de 1958) fue un psicólogo estadounidense, uno de los más importantes del siglo XX y fundador de la escuela conductista a través de su artículo «La psicología tal como la ve el conductista», publicado en 1913. Fue el primer graduado del doctorado en psicología en la Universidad de Chicago.

Francis Harry Compton Crick, OM, FRS (8 de junio de 1916 – 28 de julio de 2004) fue un físico, biólogo molecular y neurocientífico británico. Recibió, junto a James Dewey Watson y Maurice Wilkins, el Premio Nobel de Medicina en 1962 «por sus descubrimientos concernientes a la estructura molecular de los ácidos desoxirribonucleicos (ADN) y su importancia para la transferencia de información en la materia viva».