El ácido
desoxirribonucleico (ADN) es un polímero de alto peso molecular formado por dos
cadenas o hebras de monómeros llamados nucleótidos. Cada nucleótido está
conformado por moléculas más pequeñas: una base nitrogenada (adenina, guanina,
citosina o timina), un hidrato de carbono (desoxirribosa) y un grupo fosfato
(fig. 1). Los cuatro tipos de nucleótidos difieren solamente en el tipo de base
nitrogenada, las cuales pueden ser púricas (adenina o guanina) o pirimídicas
(citosina o timina). Se les llama púricas o pirimídicas porque derivan de
moléculas llamadas purina o pirimidina.
Fig. 1: Esquema de
un nucleótido
El conocimiento de los componentes del ADN y otros
antecedentes permitió a los científicos Watson y Crick construir un modelo
tridimensional de la molécula. Este modelo propone la presencia de dos cadenas
de nucleótidos entrelazadas en forma de doble hélice. Cada una de estas hebras
se une a la otra por las bases nitrogenadas mediante puentes de hidrógeno,
siguiendo un patrón fijo: la adenina se une a la timina y la guanina a la
citosina. Los nucleótidos de cada cadena se unen a través de los grupos fosfato
y la desoxirribosa (fig. 2).
Figura 2. a. Modelo de la doble
hélice del ADN; b. Disposición de los nucleótidos en el ADN
El modelo descrito permite explicar cómo se pueden
sintetizar nuevas moléculas de ADN: el proceso comienza con la ruptura de los
enlaces de hidrógeno y la consecuente separación las dos cadenas
complementarias. Esto permite que cada una de las cadenas sirva de molde para
formar una cadena complementaria nueva. En este proceso participa una serie de
enzimas, una de ellas es la ADN polimerasa, que permite el enlazamiento de los
nucleótidos en las cadenas complementarias nuevas. Este modelo de duplicación
del ADN (replicación o autoduplicación) se denomina semiconservativo, ya que
cada ADN sintetizado está formado por una cadena “antigua”, que sirvió de
molde, con la otra “nueva”.
El ADN es capaz de determinar el fenotipo de un organismo
a través de un proceso denominado expresión
génica. Mediante dicho proceso la información contenida en los
genes del ADN es utilizada para especificar la constitución de las proteínas de
la célula. Recordemos que un gen tiene información específica para la síntesis
de una proteína determinada. Las proteínas que se sintetizan influyen en el
fenotipo, desde rasgos visibles hasta otros sólo observables bioquímicamente
como es el caso de las enzimas y las proteínas estructurales.
El ADN es una macromolécula, que por su gran tamaño, está
imposibilitado para atravesar la membrana nuclear para llegar hasta los
ribosomas, lugar de síntesis de proteína. Por esto, se requiere la
participación de otro ácido nucleico, el ácido ribonucleico (ARN), el cual, sí
puede salir por los poros de la membrana nuclear hacia los ribosomas.”
Para que se sintetice una proteína se requieren los siguientes eventos
(fig. 3):
Figura 3. Esquema
del proceso de síntesis de proteína
1. Transcripción:
la información contenida en un gen del ADN se copia en un ARN mensajero (ARNm)
con la participación de la enzima ARN polimerasa. De esta manera, es el ARNm el
que lleva la información codificada en cuanto al tipo, cantidad y orden de los
aminoácidos que formarán la futura proteína. Una vez que el ARNm ha copiado
toda información desde el ADN sale del núcleo hacia los ribosomas ubicados en
el citoplasma celular (fig. 4). Notemos que el gen se copia de cada hebra de
ADN separados (hebra templado del gen 1 y hebra templado del gen 2).
Figura 4. Esquema
de la transcripción
2. Traducción:
la información transcrita en el ARNm se utiliza para determinar la secuencia
(orden) de aminoácidos de una proteína. Una secuencia de tres bases
nitrogenadas consecutivas o triplete del ARNm se llama codón. Éste lleva
información, que se traduce en los ribosomas, para un aminoácido específico que
formará parte de la proteína. Los ribosomas se unen al ARNm y lo recorren
“traduciendo” la información de sus codones. Aquí entra en juego otro tipo de
ARN denominado ARN de transferencia (ARNt), que se encarga de transportar un
aminoácido determinado hasta los ribosomas. Un sector de este ARNt tiene un
triplete llamado anticodón que es complentario con el codón del ARNm; si ambos
coinciden, el ARNt deja el aminoácido en el ribosoma. Así sucesivamente van
llegando otros aminoácidos que al unirse formarán una proteína (fig. 5).
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Figura
5. Esquema de la traducción
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