Fundamentos de Biología Molecular: ADN, ARN, Genética y Biotecnología

Estructura del ADN

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es una molécula lineal, formada por unidades más pequeñas que se repiten, denominadas nucleótidos. Cada nucleótido, a su vez, es la unión de tres subunidades:

• Una molécula de ácido fosfórico.
• Una pentosa (desoxirribosa).
• Una base nitrogenada, que puede ser: adenina (A), guanina (G), citosina (C) o timina (T).

Tipos y Funciones del ARN

El ácido ribonucleico (ARN) es una molécula fundamental en la expresión génica. Existen varios tipos principales:

• ARN mensajero (ARNm): Es una cadena lineal de nucleótidos complementaria a un fragmento de ADN. Su función es copiar la información genética del ADN nuclear y transportarla hasta los ribosomas, donde se sintetizan las proteínas.
• ARN de transferencia (ARNt): Es una cadena lineal de nucleótidos con una estructura espacial característica en forma de hoja de trébol. Se une a aminoácidos específicos y los transporta hasta los ribosomas para la formación de proteínas.
• ARN ribosómico (ARNr): Son cadenas lineales de diferente longitud que, asociadas a proteínas, conforman la estructura de los ribosomas. Los ribosomas son los orgánulos celulares responsables de sintetizar las proteínas.

Replicación del ADN y Procesos Clave

La replicación del ADN es el proceso mediante el cual una molécula de ADN se duplica para formar dos moléculas idénticas.

Durante la replicación, la doble hélice de ADN se abre y las dos hebras se separan. Cada cadena original sirve de molde para la síntesis de nuevas cadenas complementarias. El resultado son dos moléculas de ADN, copias idénticas entre sí, siendo un proceso semiconservativo.

Emparejamiento de Bases

Las bases nitrogenadas se emparejan de forma específica:

• Adenina (A) se empareja con Timina (T) en el ADN.
• Adenina (A) se empareja con Uracilo (U) en el ARN.
• Guanina (G) se empareja con Citosina (C) en ADN y ARN.

Procesos Centrales de la Biología Molecular

• Transcripción: Es el proceso de copiar la información genética del ADN en una molécula de ARN.
• Traducción: Es el proceso de utilizar la información contenida en el ARN (específicamente ARNm) para producir proteínas.

Aplicaciones de los Organismos Transgénicos

Los organismos genéticamente modificados (OGM) o transgénicos son aquellos cuyo material genético ha sido alterado utilizando técnicas de ingeniería genética. Se utilizan ampliamente en diversas áreas:

• La alimentación (cultivos resistentes a plagas o con mejor valor nutricional).
• La investigación científica.
• La medicina (producción de fármacos, terapias génicas).
• La producción industrial (enzimas, biocombustibles).

Pasos para la Obtención de un Organismo Transgénico

El proceso general para obtener un organismo transgénico incluye las siguientes etapas:

1. Identificar el gen deseado que confiere la característica de interés.
2. Copiar el gen utilizando técnicas de biología molecular.
3. Insertar el gen en el ADN del organismo receptor.
4. Evaluar la seguridad y las propiedades del organismo modificado en condiciones controladas.
5. Obtener la aprobación de las entidades regulatorias pertinentes.
6. Incorporar el organismo transgénico a los programas de mejoramiento genético, si aplica.
7. Evaluar el fenotipo y la eficacia de la modificación en el campo o en condiciones de uso.
8. Realizar todas las pruebas necesarias para garantizar que el cultivo o producto transgénico es seguro para el consumo o el medio ambiente.

Tecnologías de Edición Genética: PCR y CRISPR

La biología molecular ha desarrollado herramientas poderosas para manipular el ADN:

• PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa): Es una técnica que permite amplificar fragmentos específicos de ADN a partir de una pequeña muestra. Se utiliza ampliamente en el diagnóstico molecular, la investigación genética, la medicina forense y la secuenciación de ADN.
• CRISPR (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Espaciadas): Es una herramienta de edición genética revolucionaria que permite modificar el ADN de forma precisa y eficiente. Se utiliza en medicina (terapias génicas), agricultura (mejora de cultivos) e investigación básica para estudiar la función de los genes.

Mutaciones Genéticas

Las mutaciones son cambios permanentes en la secuencia del ADN. Se pueden clasificar de diversas maneras:

Clasificación por Célula Afectada

• Somáticas: Afectan a las células del cuerpo que no son los gametos (células sexuales). Por lo tanto, no son heredables a la descendencia.
• Germinales: Afectan a los gametos. Estas mutaciones son heredables y pueden transmitirse a la siguiente generación.

Clasificación por Efecto

• Beneficiosas: Aportan una ventaja al individuo, aumentando sus probabilidades de supervivencia o adaptación.
• Neutras: No tienen un efecto discernible o significativo en la aptitud del individuo.
• Perjudiciales: Generan una desventaja en el individuo, pudiendo causar enfermedades o reducir su supervivencia.

Clasificación por Causa

• Espontáneas: Se producen de forma natural, a menudo durante la replicación del ADN, debido a errores en el emparejamiento de bases que no son reparados por los mecanismos celulares.
• Inducidas: Se generan por la exposición a agentes mutagénicos externos, como radiaciones (rayos X, UV) o sustancias químicas (agentes alquilantes).

Clasificación por Extensión del Material Genético Afectado

• Génicas (o puntuales): La alteración afecta a la secuencia de ADN en un solo gen, produciendo cambios en una o pocas bases nitrogenadas.
• Cromosómicas: La alteración afecta a la estructura del cromosoma, como deleciones (pérdida de un segmento), duplicaciones (repetición de un segmento), inversiones (cambio de orientación de un segmento) o translocaciones (intercambio de segmentos entre cromosomas no homólogos).
• Genómicas: Se producen cambios en el número total de cromosomas de la especie, como la aneuploidía (presencia de un número anormal de cromosomas) o la poliploidía (presencia de juegos completos adicionales de cromosomas).

El Cáncer y las Mutaciones

El cáncer es una enfermedad compleja caracterizada por el crecimiento celular descontrolado. Para que una célula se vuelva cancerosa, se acumulan mutaciones en genes clave implicados en la proliferación celular y la regulación del ciclo celular.

Los protooncogenes, que son genes que regulan el crecimiento y la división celular normal, pueden sufrir mutaciones y convertirse en oncogenes. Estos oncogenes promueven el crecimiento celular descontrolado. Al mismo tiempo, los genes supresores de tumores, que normalmente frenan la división celular y reparan el ADN, pueden inactivarse por mutaciones.

Estas células mutadas se multiplican de forma incontrolada, formando una masa de tejido anormal conocida como tumor. Si algunas de estas células tumorales se desprenden del tumor original y migran a otros tejidos u órganos a través del torrente sanguíneo o linfático, formando nuevos tumores, se produce la metástasis, una característica distintiva del cáncer maligno.