ADN, ARN y Código Genético: Estructura, Funciones y Biotecnología

Estructura y Función de Nucleótidos y Ácidos Nucleicos

La información genética que define las características de un individuo reside en el núcleo celular. Cuando la célula no se encuentra en división, el ADN se presenta como cromatina, una forma desenrollada dentro del núcleo. Durante la fase de reproducción celular, el ADN se compacta en estructuras denominadas cromosomas, compuestos por ADN y proteínas. Los ácidos nucleicos, ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico), son macromoléculas responsables de almacenar y transmitir la información genética de las células. Están constituidos por unidades más simples llamadas nucleótidos.

Un nucleótido consta de tres componentes:

• Un azúcar (ribosa en el ARN o 2-desoxirribosa en el ADN)
• Un grupo fosfato (ácido fosfórico)
• Una base nitrogenada: adenina (A), timina (T), citosina (C), guanina (G) y uracilo (U)

Debido a su tamaño y estructura, la adenina siempre se empareja con la timina (A-T) mediante dos puentes de hidrógeno, y la guanina con la citosina (G-C) mediante tres puentes de hidrógeno. En el ARN, el uracilo (U) reemplaza a la timina (T), por lo que la adenina se empareja con el uracilo (A-U).

Tipos de Ácidos Nucleicos: ADN y ARN

ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

Las moléculas de ADN se distinguen entre sí por la secuencia de sus bases nitrogenadas y su longitud. El ADN presenta una estructura de doble cadena, similar a una escalera de caracol, donde:

• Los "laterales" de la escalera están formados por la alternancia de azúcares (desoxirribosa) y grupos fosfato.
• Los "peldaños" están constituidos por los pares de bases nitrogenadas (A-T y G-C).

Estas cadenas se enrollan a su vez formando una doble hélice.

ARN (Ácido Ribonucleico)

El ARN se diferencia del ADN en varios aspectos:

• Generalmente es de cadena sencilla.
• Contiene uracilo (U) en lugar de timina (T).
• El azúcar presente es la ribosa.
• Se localiza tanto en el núcleo como en el citoplasma.
• Sus cadenas son más cortas que las del ADN.

Existen tres tipos principales de ARN:

• ARN mensajero (ARNm): Transporta la información genética desde el ADN hasta los ribosomas.
• ARN ribosómico (ARNr): Forma parte de la estructura de los ribosomas, donde se sintetizan las proteínas.
• ARN de transferencia (ARNt): Transporta los aminoácidos hasta los ribosomas durante la síntesis de proteínas.

Funciones de los Ácidos Nucleicos

Almacenamiento de la Información Genética (ADN)

El ADN contiene la información genética codificada en la secuencia de sus nucleótidos. Un cromosoma está formado por una única y larga molécula de ADN, que contiene múltiples genes. Un gen es un segmento de ADN que porta la información necesaria para determinar un carácter específico.

Duplicación o Replicación del ADN

Para transmitir la información genética de una célula a sus células hijas, el ADN debe duplicarse, es decir, generar copias exactas de sí mismo. Este proceso se conoce como replicación.

Expresión Génica (Síntesis de Proteínas)

La información contenida en el ADN se utiliza para dirigir la síntesis de proteínas, un proceso conocido como expresión génica. Este proceso implica la transcripción del ADN a ARNm y la posterior traducción del ARNm en una secuencia de aminoácidos que conforma una proteína.

El Código Genético

El código genético es el conjunto de reglas que establece la correspondencia entre la secuencia de nucleótidos del ARNm y la secuencia de aminoácidos de una proteína. Cada triplete de nucleótidos (codón) en el ARNm especifica un aminoácido particular.

Mutaciones

Las mutaciones son cambios en la secuencia del ADN de una célula. Pueden ocurrir de forma espontánea o ser inducidas por agentes externos. Las mutaciones pueden afectar a cualquier célula del organismo, pero solo se transmiten a la descendencia si ocurren en las células reproductoras (gametos). La frecuencia de mutación es generalmente baja, pero puede incrementarse por la exposición a agentes mutagénicos, como radiaciones, ciertas sustancias químicas y contaminantes ambientales.

Tipos de Mutaciones

• Mutaciones génicas: Alteraciones en la secuencia de nucleótidos de un gen. Muchas de estas mutaciones son el resultado de errores durante la replicación del ADN.
• Mutaciones cromosómicas: Afectan a la estructura o al número de cromosomas.

Ingeniería Genética y Tecnología del ADN

La ingeniería genética, también conocida como tecnología del ADN recombinante, comprende un conjunto de técnicas de laboratorio que permiten manipular el ADN. Estas técnicas incluyen la localización, aislamiento, síntesis, modificación, recombinación y transferencia de secuencias específicas de ADN a las células.

Biotecnología: Aplicaciones de la Tecnología del ADN

La tecnología del ADN tiene numerosas aplicaciones prácticas en diversos campos:

• Medicina y Farmacia:
  • Fabricación de medicamentos (por ejemplo, insulina, hormona del crecimiento).
  • Terapias génicas: Tratamiento de enfermedades genéticas mediante la introducción de genes funcionales.
  • Medicina forense: Identificación de individuos mediante análisis de ADN.
• Agricultura: Desarrollo de cultivos transgénicos con características mejoradas (resistencia a plagas, tolerancia a herbicidas, mayor valor nutricional).
• Ganadería: Mejora genética de animales para aumentar la producción de carne, leche u otros productos.
• Medio Ambiente: Biorremediación (uso de microorganismos para eliminar contaminantes).
• Industria: Producción de enzimas, bioplásticos y otros productos.

Células Madre

Las células madre, también conocidas como células troncales (stem cells), son células indiferenciadas que poseen dos características fundamentales:

• Autorrenovación: Capacidad de multiplicarse y generar más células madre idénticas a sí mismas. Pueden mantenerse en cultivo in vitro de forma indefinida.
• Pluripotencia/Multipotencia: Capacidad de diferenciarse en diversos tipos celulares especializados de cualquier órgano o tejido del cuerpo.