Parte 2 de 3:
ESTRUCTURA DEL ADN
En 1953, James Watson y Francis Crick propusieron
en un trabajo, que les valió el premio Nobel, el modelo estructural del ADN con
las siguientes características
• El ADN está constituido por dos CADENAS COMPLEMENTARIAS
que están enfrentadas y enrolladas.
• El enrollamiento es helicoidal, como una escalera
de caracol que mantiene el mismo diámetro y el mismo ancho para todos sus
escalones.
• Las bases nitrogenadas corresponden a los peldaños
en una escalera de caracol.
• Las bases nitrogenadas de una cadena son complementarias
de las de la otra: la adenina (A) es complementaria de la timina (T) y la
guanina (G) es complementaria de la citosina (C). Los peldaños están siempre
conformados por una de las dos parejas posibles: A y T o G y C.
• En cada pareja, las bases están unidas por enlaces
temporales pero resistentes llamados puentes de hidrógeno.
DUPLICACIÓN DEL ADN
Antes de dividirse, una
célula debe duplicar su ADN, de tal forma que las dos células resultantes
posean una copia completa. La duplicación del ADN es posible gracias a su
estructura de doble hélice con dos cadenas complementarias: cada una sirve de
molde para fabricar una nueva. Durante la duplicación se separan las dos
cadenas del ADN y se van añadiendo los nucleótidos adecuados, es decir,
complementarios a cada una de las hebras separadas; así se forman dos cadenas
nuevas casi idénticas a las originales. A pesar de que el proceso parece
bastante simple, necesita de un complejo sistema de proteínas que lo hace
posible. En efecto, la duplicación ocurre gracias a la acción de enzimas
específicas para cada función: las helicasas separan las dos cadenas, rompiendo
los puentes de hidrógenos; las topoisomerasas hacen girar la molécula a medida
que se va replicando; las ADN-polimerasas se encargan de poner el nucleótido
correspondiente, y las ADN-ligasas de unir los nuevos nucleótidos entre sí.
Estas enzimas actúan con gran eficiencia y rapidez, con una tasa de adición de unos
50 nucleótidos por segundo en mamíferos y unos 500 en bacterias. El resultado
de la duplicación son dos moléculas de ADN mixtas, porque cada una tiene una
cadena original y una copia.
La duplicación del ADN exige un estricto control de
calidad, ya que cualquier error en la copia puede generar un ADN defectuoso.
Los controles más importantes son dos: la ADN-polimerasa comprueba que los
nucleótidos recién agregados sean los apropiados y corrige los errados. Por
otro lado, un conjunto de enzimas, llamado sistema de reparación, se encarga
de revisar el ADN recién duplicado y corrige los errores que no haya detectado
el control anterior.
LA EXPRESIÓN DE LOS GENES: SÍNTESIS DE
PROTEÍNAS
Las proteínas son moléculas orgánicas largas y
complejas, hechas de combinaciones de 20 clases diferentes de unidades
llamadas aminoácidos. Varios aminoácidos unidos en cadena forman un
polipéptido, pero el polipéptido debe adquirir una estructura tridimensional
para llegar a ser una proteína. La estructura tridimensional es fundamental
para su función, pues le permite a la proteína interactuar de diversas formas
con compuestos químicos y con otras proteínas a su alrededor. Las
proteínas son la base de la constitución de nuestro organismo y están
presentes desde las membranas y el citoplasma de nuestras células hasta
nuestros músculos, nuestra piel y nuestro pelo. Igualmente, son el pilar de
todos los procesos que ocurren en nuestro cuerpo, ya que las enzimas y muchas
hormonas son proteínas.
DEL ADN A LA PROTEÍNA
A una porción de ADN que sirve para la expresión de
cierta proteína y que además tiene una secuencia particular de nucleótidos se
le conoce como gen y el orden de sus nucleótidos indica la secuencia de
aminoácidos que conforman dicha proteína. Sin embargo, la síntesis de proteínas
debe hacerse resolviendo dos problemas: primero, el ADN que contiene la
información genética, no puede salir del núcleo debido a su gran tamaño, y los
organelos y las moléculas necesarias para la síntesis de proteínas sólo se
encuentran en el citoplasma. Segundo, dichos elementos citoplasmáticos requieren,
además, de un sistema de interpretación o traducción entre el lenguaje de los
nucleótidos y el de los aminoácidos.
Para resolver los anteriores problemas se necesita
de una molécula intermediaria y un sistema de traducción.
LA MOLÉCULA
INTERMEDIARIA: Debe ser una molécula que porte el mismo tipo de información que el
ADN y que sea lo suficientemente pequeña para poder salir del núcleo. Esta
molécula es el ARN, que, como sabemos, tiene una composición química similar a
la del ADN, pero es más corto y sencillo.
EL SISTEMA DE
TRADUCCIÓN: En el lenguaje de los nucleótidos, las palabras consisten en
tripletes o codones, esto es, combinaciones de tres nucleótidos. Su expresión
en forma de aminoácidos se realiza teniendo en cuenta que cada codón indica un
aminoácido específico. Dado que el ARN tiene cuatro nucleótidos diferentes,
habrá 64 (43) combinaciones posibles de tres nucleótidos. Sin embargo,
las proteínas contienen sólo 20 tipos de aminoácidos, por lo que a cada
aminoácido le corresponde, necesariamente, más de un triplete. A esta
asociación específica entre tripletes de nucleótidos y aminoácidos específicos
se le conoce como el código genético. Como molécula intermediaria, el
ARN cumple un papel fundamental en la síntesis de proteínas. En todo el proceso
actúan tres tipos de ARN: el ARN mensajero o ARNm, el ARN ribosómico o ARNr y
el ARN de transferencia o ARNt.
El ARNm Se encarga de
llevar el mensaje genético del ADN desde el núcleo hasta el citoplasma.
El ARNr Se encuentra en
el citoplasma, asociado a los ribosomas, en donde se lee el mensaje llevado por
el ARNm.
El ARNt Se encarga de
asociar, dentro del ribosoma, los codones de ARNm con sus correspondientes
aminoácidos.
En la síntesis de proteínas ocurren cuatro etapas
principales: la transcripción, el procesamiento, la traducción y la maduración.
TRANSCRIPCIÓN
Consiste en la construcción del ARNm, usando
como molde una de las dos cadenas de ADN, en la zona de los genes que se van a
expresar. Una enzima llamada ARN-polimerasa reconoce ciertas secuencias
específicas de nucleótidos en un gen que sirven como señal de inicio. Allí
comienza a poner fragmentos de ARN, nucleótido por nucleótido, hasta que encuentra
una secuencia de nucleótidos que sirven como señal de detención. El ARNm resultante
tiene bases nitrogenadas que son complementarias de las bases del segmento de
ADN transcrito, pero presenta uracilo en lugar de timina.
Esta molécula de ARNm recién formada debe sufrir
algunas modificaciones antes de la traducción.
PROCESAMIENTO
DEL ARNm
Los genes tienen algunos trozos de ADN repetidos,
sin utilidad aparente, llamados intrones, insertados entre los trozos
que contienen la información genética útil, llamados exones. El número
de intrones en cada gen varía entre O y 50, y pueden contener entre 75 y más
de 2.000 nucleótidos. Antes de viajar al citoplasma, el ARNm debe perder los
intrones mediante una serie de cortes y posteriores empalmes de
los fragmentos resultantes. Una vez depurado, el ARNm saldrá del núcleo hacia
el citoplasma para la traducción de su mensaje.
TRADUCCIÓN
En el citoplasma, la traducción es realizada por
la acción conjunta del ARNm, los ribosomas y los ARNt. Cada ARNt tiene dos
elementos: un anticodón o tripleta de nucleótidos con bases
complementarias a las de un codón del ARNm, y un aminoácido, específico
para cada anticodón. Todos los ARNt flotan en el citoplasma, mientras son
"llamados" por los ribosomas.
La traducción comienza cuando un ribosoma recibe una
molécula de ARNm y se desplaza a lo largo de esta para reconocer o
"leer" sus codones. En cada codón, convoca un ARNt que posea el
anticodón correspondiente, del cual toma el aminoácido asociado. Como
resultado, después de la lectura completa del ARNm por el ribosoma, se forma un
polipéptido o cadena de aminoácidos.
MADURACIÓN
Finalmente, el polipéptido recién sintetizado
es transportado a una estructura celular llamada aparato de Golgi,
donde adquiere su configuración compleja final. Sólo en ese momento está la proteína
lista para desempeñar adecuadamente sus funciones.
Taller:
1.
Leer
atentamente el texto y realizar una lista de palabras desconocidas; busque el
significado de cada una de ellas.
2.
Construya
el cuadro conceptual del texto.
3.
Con tus
palabras explica cómo se producen (fabrican o sintetizan) las sustancias en las
células a partir de los genes.
4.
Comenta:
¿Qué ocurre cuando la duplicación del ADN presenta una falla?
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