ADN, ARN y Biotecnología: Procesos Clave de la Expresión Genética
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Ácidos Nucleicos: ADN y ARN
Los ácidos nucleicos son macromoléculas esenciales para la vida, encargadas de almacenar y expresar la información genética.
| Característica | ADN (Ácido Desoxirribonucleico) | ARN (Ácido Ribonucleico) |
|---|---|---|
| Composición | Azúcar: desoxirribosa + bases A (Adenina), T (Timina), C (Citosina), G (Guanina) | Azúcar: ribosa + bases A (Adenina), U (Uracilo), C (Citosina), G (Guanina) |
| Estructura | Doble hélice (2 cadenas complementarias) | Una sola cadena |
| Localización | Núcleo (también en mitocondrias y cloroplastos) | Núcleo, citoplasma y ribosomas |
| Función | Guarda la información genética | Participa en la síntesis de proteínas |
Funciones Específicas del ADN y ARN
ADN (Ácido Desoxirribonucleico)
- Guarda toda la información genética del organismo.
- Se copia (replica) para transmitir la información a las células hijas.
- Dirige la síntesis de proteínas (a través del ARN).
ARN (Ácido Ribonucleico)
- ARNm (mensajero): Lleva la información del ADN al ribosoma.
- ARNt (transferencia): Transporta aminoácidos al ribosoma.
- ARNr (ribosómico): Forma parte del ribosoma, el orgánulo donde se fabrican las proteínas.
El Proceso de la Expresión Genética
La expresión genética es el proceso por el cual la información codificada en el ADN se utiliza para fabricar proteínas funcionales.
El Dogma Central de la Biología Molecular
Este dogma describe el flujo de la información genética en la célula:
ADN → ARN → Proteína
Fases de la Expresión Genética
Transcripción (ADN → ARNm)
Es el proceso donde el ADN se copia en ARN mensajero (ARNm) dentro del núcleo.
Traducción (ARNm → Proteína)
El ARNm llega al ribosoma, donde el ARN de transferencia (ARNt) lleva los aminoácidos y los coloca según el código genético. Este proceso resulta en la formación de la proteína.
Replicación, Transcripción y Traducción en Detalle
Replicación del ADN (Copia Semiconservativa)
Ocurre en el núcleo, antes de que la célula se divida, asegurando que cada célula hija reciba una copia completa del genoma.
Pasos de la Replicación
- Apertura: La enzima helicasa rompe los enlaces de hidrógeno entre las bases, separando las dos cadenas de la doble hélice.
- Copiado: La enzima ADN polimerasa añade nucleótidos complementarios (A-T, C-G) a cada cadena molde.
- Unión: La enzima ligasa une los fragmentos resultantes (fragmentos de Okazaki) → se obtienen 2 moléculas iguales de ADN.
Importante: Cada molécula nueva de ADN tiene una cadena vieja (original) y una cadena nueva → este mecanismo se denomina replicación semiconservativa.
Transcripción (ADN → ARN)
También ocurre en el núcleo. Su objetivo es crear una copia de un gen específico en forma de ARNm.
Pasos de la Transcripción
- La enzima ARN polimerasa se une al inicio del gen.
- Abre el ADN y usa una de las cadenas como molde.
- Forma el ARNm con bases complementarias (A–U, T–A, C–G, G–C).
- El ARNm sale del núcleo y se dirige al ribosoma, llevando la información genética.
Traducción (ARN → Proteína)
Ocurre en los ribosomas, ubicados en el citoplasma. Su objetivo es fabricar proteínas a partir de la secuencia del ARNm.
Pasos de la Traducción
- El ARNm se acopla al ribosoma.
- Cada codón (secuencia de 3 bases) del ARNm indica un aminoácido específico.
- El ARNt lleva los aminoácidos correctos al ribosoma.
- El ribosoma une los aminoácidos, formando una cadena polipeptídica (proteína).
- Cuando aparece un codón de parada (stop), la proteína se libera.
Enzimas Clave en la Biología Molecular
| Enzima | Función Principal |
|---|---|
| Helicasa | Abre la doble hélice del ADN separando las dos cadenas. |
| ADN polimerasa | Forma nuevas cadenas de ADN usando las antiguas como molde (en la replicación). |
| ARN polimerasa | Copia el ADN y forma una molécula de ARN (en la transcripción). |
| Ligasa | Une fragmentos de ADN (como los fragmentos de Okazaki en la replicación). |
Ingeniería Genética: Modificación del ADN
La ingeniería genética es el conjunto de técnicas utilizadas para modificar el ADN de un ser vivo con fines específicos.
Técnicas Fundamentales
- ADN recombinante: Técnica que permite unir ADN proveniente de dos organismos distintos (ejemplo: producción de insulina humana en bacterias).
- PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa): Sirve para copiar y amplificar muchas veces un fragmento específico de ADN.
Tipos de Clonación
- Clonación Reproductiva: Creación de un individuo genéticamente idéntico (ejemplo: la oveja Dolly).
- Clonación Terapéutica: Creación de células o tejidos para curar enfermedades, sin generar un individuo completo.
Biotecnología: Aplicaciones de la Biología Molecular
La biotecnología utiliza organismos vivos o sus componentes para desarrollar aplicaciones útiles en diversos sectores.
Tipos de Biotecnología y Aplicaciones
- Biotecnología Tradicional: Procesos históricos como la fabricación de pan, vino, yogur y la producción de antibióticos.
- Biotecnología Medioambiental: Uso de organismos para limpiar contaminantes (biorremediación) y reciclar basura orgánica.
- Biotecnología Sanitaria (Roja): Creación de vacunas, insulina y desarrollo de terapias génicas.
- Biotecnología Agrícola y Ganadera (Verde): Desarrollo de plantas resistentes a plagas o sequías, y animales con mayor producción.
- Biotecnología Actual (Avanzada): Incluye la terapia génica (introducir genes sanos para corregir defectos), la ingeniería celular y de tejidos, y la producción de fármacos mediante ADN recombinante.