Ácidos nucleicos, ADN y ARN: Estructura, Replicación, Clonación e Ingeniería Genética

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son grandes moléculas formadas por nucleótidos, que a su vez están formados por moléculas más simples:

• H₃PO₄ (ácido fosfórico).
• Pentosa: glúcido que puede ser de dos tipos: la ribosa, que solo aparece en el ARN, y la desoxirribosa, que solo aparece en el ADN.
• Base nitrogenada: puede ser de 5 tipos y son las que dan el nombre a los nucleótidos: adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) y uracilo (U).

El ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos unidas entre sí a través de enlaces que se establecen entre las bases nitrogenadas. Son complementarias y antiparalelas. Complementariedad: C-G, A-T.

El ARN está formado por una sola cadena, pero a veces puede estar plegada de modo que quedan en contacto y se establece la complementariedad.

Clones y clonación

Clon de células

Es el conjunto de células que se originan por mitosis de una única célula, que poseen idénticos conjuntos de cromosomas y son genéticamente iguales.

Clon

Grupo de individuos o células genéticamente idénticos originados a partir de repetidas divisiones mitóticas de una única célula.

Célula diferenciada

(G0) Cuando se ha especializado.

Células madre

Mantienen la capacidad de multiplicarse y originar nuevos tipos de células. Pueden ser:

• Totipotentes: pueden originar un organismo completo.
• Pluripotentes: pueden reproducir la mayoría de células y tejidos, pero no el cuerpo completo.
• Multipotentes: solo algunos tipos de células (en organismos adultos).

Clonación

Es un método que permite desarrollar un animal o planta a partir de una célula somática (diferenciada) o de su núcleo.

Aplicaciones de la clonación

• Animales que tienen alguna característica que interesa preservar: animales transgénicos (modificados genéticamente).
• Animales de laboratorio: modelo para investigar enfermedades.
• Animales en peligro de extinción y otros ya extinguidos.

Clonación terapéutica

Consiste en obtener un clon de unas pocas células sanas de una persona enferma. Las células madre serán transplantadas sin riesgo de rechazo.

La molécula de ADN

Estructura del ADN

Francis Crick y James Watson construyeron un modelo de la molécula de ADN (doble hélice). Características:

• El ADN es una larga molécula formada por dos cadenas dispuestas una paralela a otra y enrolladas en forma de hélice.
• Está formada por la unión de nucleótidos.
• Cada nucleótido está unido al que se encuentra enfrente en la otra cadena (A-T, C-G).

Funciones del ADN

Si el ADN es el material del que están hechos los genes, esta molécula debe realizar las funciones de los genes:

• Llevar información hereditaria o genética.
• Controlar la aparición de los caracteres.
• Pasar la información de la célula a sus descendientes durante la división celular.

Replicación del ADN

Las uniones entre las parejas de nucleótidos complementarios se rompen y las dos cadenas de la doble hélice se separan (como una cremallera). Cada cadena sirve de molde para fabricar una nueva complementaria, acoplando los nucleótidos correspondientes. En ocasiones, al producirse la replicación, la secuencia de nucleótidos en el ADN es copiada de manera incorrecta, produciendo mutaciones.

Ingeniería genética

Consiste en reproducir sucesos que suceden de forma natural en las células y modificarlos de forma artificial. Agrupa complejas técnicas que permiten retirar, modificar o agregar genes a una molécula de ADN.

Etapas

1. Localizar el gen que se desea transferir.
2. Aislar el gen utilizando enzimas que cortan el ADN por lugares precisos (tijeras moleculares).
3. Insertar el gen en otro segmento de ADN (plásmido). El ADN resultante es el ADN recombinante.
4. Introducir el ADN recombinado en la célula huésped.
5. Confirmar que la célula huésped es capaz de fabricar la proteína correspondiente.
6. Clonar el gen: dejar que las células se multipliquen para conseguir gran cantidad de proteína.

Organismos transgénicos

Organismo genéticamente modificado (OGM): organismo cuyo genoma se ha modificado mediante ingeniería genética.

Organismos transgénicos: organismos eucariotas que han sido modificados por ingeniería genética.

Reproducción

• 1.ª etapa (transformación): hay que introducir el gen diseñado en el genoma de la célula del organismo a modificar.
• 2.ª etapa (regeneración): hay que obtener una planta o animal a partir de la célula cuyo genoma se ha modificado. Requiere la utilización de técnicas de clonación de organismos.

Proyectos genoma

Genoma de un organismo

Conjunto de genes que posee. Su estudio tiene como principal objetivo localizar e identificar cada uno de estos genes.

Proyecto Genoma Humano (PGH)

Comenzó a funcionar en 1990 bajo la dirección de James Watson, codescubridor de la estructura de la doble hélice.

Objetivos

• Elaborar mapas para identificar cuáles son los genes existentes y determinar en qué cromosoma y en qué lugar de ese cromosoma se localizaba cada uno de ellos.
• Determinar la secuencia exacta de nucleótidos de cada gen, con el objetivo de poder conocer la proteína que codifica y sus posibles alteraciones.

Características

• El genoma humano contiene unos 3200 millones de pares de bases.
• Solo el 2 % del genoma contiene genes (información para fabricar proteínas).
• Es casi el mismo para todas las personas: el 0,1 % nos diferencia a unos de otros.
• Contiene unos 25 000 genes, pero se desconoce la función de casi la mitad de ellos.
• Aproximadamente la mitad de las proteínas humanas comparten semejanzas con las de otros seres vivos.

Código genético

Cada base sigue un orden determinado y se encuentran unidas por parejas. El ADN se encuentra en los cromosomas. El conjunto de cromosomas forma parte de la célula. Se concentran 23 pares de cromosomas de distinto tamaño en el núcleo de la célula.

Cuando la célula necesita sintetizar una proteína, se ponen en marcha algunos elementos: se origina el ARNm, que traslada esa información a los ribosomas, uniendo entre sí los aminoácidos.

Se pueden determinar todos los genes que están en el mismo cromosoma y secuenciar las bases. El primer cromosoma secuenciado totalmente fue el 22, formado por 545 genes.

Un miembro de cada par procede de la célula del esperma del padre y el otro miembro del par, del óvulo materno. Entre los 23 pares de cromosomas de cada célula humana se encuentran unos 30 000 genes. Se han secuenciado 3000 millones de pares de bases.