bioquímica y biología molecular

Un ácido nucleico consiste de una secuencia de subunidades unidas químicamente. Cada subunidad, contiene una base nitrogenada (anillo heterocíclico de átomos de carbono y nitrógeno), una azúcar pentosa (anillo de 5 carbonos) y un grupo fosfato:

                                                         Figura: representación de una cadena de nucleótidos

El ácido desoxirribonucleico, abreviado como ADN, es un ácido nucleico que contiene instrucciones genéticasusadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria. La función principal de la molécula de ADN es el almacenamiento a largo plazo deinformación. Muchas veces, el ADN es comparado con un plano o una receta, o un código, ya que contiene las instrucciones necesarias para construir otros componentes de las células, como las proteínas y las moléculas deARN. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son llamados genes, pero las otras secuencias de ADN tienen propósitos estructurales o toman parte en la regulación del uso de esta información genética.

Desde el punto de vista químico, el ADN es un polímero de nucleótidos, es decir, un polinucleótido. Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas entre sí, como si fuera un largo tren formado porvagones. En el ADN, cada vagón es un nucleótido, y cada nucleótido, a su vez, está formado por un azúcar (ladesoxirribosa), una base nitrogenada (que puede ser adenina→A, timina→T, citosina→C o guanina→G) y un grupofosfato que actúa como enganche de cada vagón con el siguiente. Lo que distingue a un vagón (nucleótido) de otro es, entonces, la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando sólo la secuencia de sus bases. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena (el ordenamiento de los cuatro tipos de vagones a lo largo de todo el tren) es la que codifica la información genética: por ejemplo, una secuencia de ADN puede ser ATGCTAGATCGC... En los organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucleótidos, en la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexiones denominadas puentes de hidrógeno.¹

Para que la información que contiene el ADN pueda ser utilizada por la maquinaria celular, debe copiarse en primer lugar en unos trenes de nucleótidos, más cortos y con unas unidades diferentes, llamados ARN. Las moléculas de ARN se copian exactamente del ADN mediante un proceso denominado transcripción. Una vez procesadas en elnúcleo celular, las moléculas de ARN pueden salir al citoplasma para su utilización posterior. La información contenida en el ARN se interpreta usando el código genético, que especifica la secuencia de los aminoácidos de las proteínas, según una correspondencia de un triplete de nucleótidos (codón) para cada aminoácido. Esto es, la información genética (esencialmente: qué proteínas se van a producir en cada momento del ciclo de vida de una célula) se halla codificada en las secuencias de nucleótidos del ADN y debe traducirse para poder funcionar. Tal traducción se realiza usando el código genético a modo de diccionario. El diccionario "secuencia de nucleótido-secuencia de aminoácidos" permite el ensamblado de largas cadenas de aminoácidos (las proteínas) en el citoplasma de la célula. Por ejemplo, en el caso de la secuencia de ADN indicada antes (ATGCTAGATCGC...), la ARN polimerasa utilizaría como molde la cadena complementaria de dicha secuencia de ADN (que sería TAC-GAT-CTA-GCG-...) para transcribir una molécula de ARNm que se leería AUG-CUA-GAU-CGC-...; el ARNm resultante, utilizando el código genético, se traduciría como la secuencia de aminoácidos metionina-leucina-ácido aspártico-arginina-...

¿CÓMO SE ORGANIZA LOS COMPONENTES DEL ADN?

FIGURA 4: ESTRUCTURA DEL ADN. Tomado de: geneticabioterio.wordpress.com

El ADN es una doble hélice de dos cadenas de nucleótidos: así como una escalera!!!

Determinar la estructura de cualquier molécula biológica no es una tarea sencilla, aun en la actualidad. Diferente análisis e investigaciones dieron resultados que permitieron definir como era la estructura del ADN.

Entre estos científicos, James Watson y Francis Crick propusieron un modelo para la estructura del ADN, sugirieron que la molécula de ADN consiste en dos cadenas formadas de polímeros de nucleótidos de ADN enlazados (Ver figura 4), en cada cadena de ADN el grupo fosfato de un nucleótido se enlaza con el azúcar del nucleótido siguiente en la misma cadena, este enlace produce un “esqueleto”  de azucares y fosfatos enlazados de forma alterna.

Las bases de nucleótidos sobresalen de este esqueleto de azúcares y fosfatos.  Todos los nucleótidos de una cadena de ADN están orientados en la misma dirección. Por consiguiente los dos extremos de una cadena de ADN  difieren: un extremo tiene un azúcar “libre” o no enlazado y el otro extremo tiene un fosfato “libre” o no enlazado (Ver figura 4). (Imagínate una larga fila de automóviles detenidos en una calle de in solo sentido en una noche; los faros de los autos siempre alumbran hacia delante, y las luces traseras siempre lo hacen hacia atrás). 

Estructura de AND

Flujo de Información

Este flujo de información constituye de forma sencilla el Dogma Central de la Biología.

Sin embargo entre cada uno de ellos se encuentran unos procesos que hacen posible que este flujo de información codificada llegue a las proteínas.

Procesos secuenciales

Los procesos que involucran la transmisión inalterable de este código que termina en la síntesis de proteínas, empieza en el núcleo celular con la replicación, proceso por el cual el ADN se auto duplica para formar moléculas hijas idénticas.

Sin embargo para que el ADN pueda sintetizar las proteínas que ocurre en el citoplasma debe existir una molécula que le sirva de intermediaria, es por eso que ocurre el segundo de los procesos denominado transcripción; donde el ADN se copia en el ácido ribonucleico mensajero (ARNm, molécula intermediaria).

En este momento de la replicación el ARNm que contiene cuatro bases nitrogenadas al igual que el ADN reemplaza la base de Timina por la de Uracilo para entonces formar los pares de:

• Guanina (G) – Citocina (C)
• Adenina (A) – Uracilo (U)

El ARNm continua su paso atraves del citoplasma siendo transportado por el ARN de transferencia (ARNt) para llevar la información genética que va sintetizar (construir) las proteínas; para que esto suceda debe ocurrir el tercero de los procesos llamado traducción, responsable de la síntesis de proteínas en el ribosoma; lugar donde se descifra el mensaje genético en una secuencia de aminoácidos específicos; dirigida por el ARNm.

Procesos secuenciales en la Síntesis de la Proteína

Durante este paso son incorporadas las instrucciones de producción de proteínas, compuesto por aminoácidos que determinan su estructura y función. La síntesis comienza cuando el codón de iniciación (AUG) del ARNm se complementan con el anti codón del ARNt y termina cuando aparece un codón de ARNm de terminación (UAA, UAG o UGA), ayudados por enzimas que modifican la velocidad de la reacción sin intervenir en los productos finales además de factores de iniciación, prolongación y terminación constituidos por proteínas.

Producto final de la síntesis

Una vez finalizada la síntesis de proteína, el ARNm queda libre para ser leído de nuevo, proceso que ocurre hasta por varios ribosomas simultáneamente.

Importancia de las Proteínas

La síntesis de proteínas es sumamente importante ya que son moléculas que trabajan en la mayoría de nuestras funciones celulares.