ADN, Replicación, Transcripción y Traducción: Mecanismos Moleculares

ADN: El Código de la Vida

La información genética reside en el ADN (ácido desoxirribonucleico), una molécula que actúa como un sistema de codificación de proteínas. Los genes, unidades funcionales del ADN, son la base de las características hereditarias y de las posibles deficiencias genéticas.

Diferencias entre Procariotas y Eucariotas

• Procariotas: Los genes se presentan como fragmentos contiguos de ADN, organizados en operones (conjuntos de genes funcionales adyacentes).
• Eucariotas: Los genes pueden estar fragmentados por secuencias de ADN no codificante (intrones), y los genes funcionales pueden encontrarse separados.

El Dogma Central de la Biología Molecular

El flujo de información genética se describe en el dogma central:

1. Replicación: El ADN se duplica, actuando como un "disco duro" del que se hace una copia de seguridad completa.
2. Transcripción: Se copian genes y operones específicos para generar ARN mensajero (ARNm).
3. Traducción: El ARNm se traduce en proteínas, con la participación del ARN ribosómico (ARNr) y el ARN de transferencia (ARNt).

El ADN es relativamente estable, pero puede sufrir mutaciones. Algunas proteínas sintetizadas se unen al ADN para regular la transcripción.

El Código Genético

La codificación en el ARN se basa en codones o tripletes: secuencias de tres nucleótidos (bases nitrogenadas: A, U, G, C). Existen 64 combinaciones posibles de estos cuatro nucleótidos tomados de tres en tres.

• Cada triplete codifica un único aminoácido.
• Un aminoácido puede estar codificado por varios tripletes diferentes.
• Existe un codón de inicio (AUG, metionina) y varios codones de terminación (STOP).

Replicación del ADN

La replicación implica la separación de la doble hélice de ADN para generar dos cadenas complementarias. A partir de una cadena molde, se sintetiza una copia complementaria, resultando en dos dobles hélices idénticas.

• La unión de nucleótidos ocurre en dirección 5' (fosfato) a 3' (hidroxilo).
• La enzima ADN polimerasa cataliza esta reacción, requiriendo un cebador (iniciador).

Horquilla de Replicación y Síntesis de Hebras

La replicación se produce en una estructura llamada horquilla de replicación.

• Hebra conductora (líder): Se sintetiza de forma continua en dirección 5' a 3', siguiendo la dirección de apertura de la horquilla.
• Hebra rezagada: Se sintetiza de forma discontinua en fragmentos (fragmentos de Okazaki) en dirección 3' a 5'. Estos fragmentos se unen posteriormente mediante la enzima ADN ligasa.

Transcripción Enzimática

La transcripción es la copia de un fragmento de ADN para generar ARN mensajero (ARNm). La enzima ARN polimerasa cataliza este proceso.

1. La ARN polimerasa se une al ADN y comienza la síntesis de ARNm.
2. La transcripción finaliza cuando la ARN polimerasa encuentra un triplete de STOP.
3. Se liberan la ARN polimerasa y el ARNm transcrito.
4. El ARNm transcrito sufre un procesamiento: se modifican los extremos y se eliminan los intrones (secuencias no codificantes). Los exones (secuencias codificantes) se empalman para formar el ARNm maduro.

Traducción: Síntesis de Proteínas

La traducción es la síntesis de una proteína a partir de la información contenida en el ARNm.

• Cada codón del ARNm se complementa con un anticodón del ARNt, que transporta el aminoácido específico codificado por ese codón.
• El codón de inicio es AUG (metionina).

Proceso de Traducción

1. Se forma un complejo de iniciación: ARNm, ARNt (con metionina) y la subunidad ribosomal pequeña.
2. Se une la subunidad ribosomal grande.
3. El segundo codón del ARNm es leído, y un segundo ARNt con su anticodón y aminoácido correspondiente se une al ribosoma.
4. Elongación: Se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos, y el primer ARNt se libera.
5. Translocación: Las subunidades ribosomales se desplazan a lo largo del ARNm, permitiendo que el siguiente ARNt ocupe su lugar.
6. El proceso continúa, añadiendo aminoácidos a la cadena peptídica en crecimiento, hasta que se alcanza un codón de STOP.
7. Una proteína de terminación se une al codón de STOP, provocando la liberación de la proteína completa y la disociación del complejo ribosomal.

Función del ARNt

Los ARNt son pequeñas moléculas de ARN. Cada ARNt se une a un aminoácido específico mediante la enzima aminoacil-ARNt sintetasa. En el extremo opuesto, el ARNt presenta el anticodón, complementario al codón del ARNm.