Fundamentos de Biología Molecular: Del ADN a las Proteínas

Estructura de los Ácidos Nucleicos: Nucleótidos y Diferencias entre ADN y ARN

Para entender cómo se almacena y utiliza la información genética, es fundamental conocer sus componentes básicos: los nucleótidos y las características que distinguen al ADN del ARN.

¿Cómo se forma un nucleótido?

Un nucleótido es la unidad monomérica de los ácidos nucleicos (ADN y ARN) y se forma por la unión de tres componentes esenciales:

1. Un grupo fosfato: Aporta la carga negativa a la molécula.
2. Una pentosa (azúcar de cinco carbonos): Es la desoxirribosa en el ADN y la ribosa en el ARN.
3. Una base nitrogenada: Moléculas que contienen la información genética.

Las Bases Nitrogenadas

Existen cuatro bases principales que se agrupan en dos familias (purinas y pirimidinas). Tres de ellas son comunes tanto en el ADN como en el ARN:

• Adenina (A)
• Citosina (C)
• Guanina (G)

La cuarta base es la que establece una diferencia clave: en el ADN es la Timina (T), mientras que en el ARN es el Uracilo (U).

Diferencias clave entre ADN y ARN

• ADN (Ácido Desoxirribonucleico): Contiene el azúcar desoxirribosa, se organiza en una doble hélice (dos cadenas) y utiliza la base nitrogenada timina (T).
• ARN (Ácido Ribonucleico): Contiene el azúcar ribosa, generalmente es de una sola cadena y utiliza el uracilo (U) en lugar de la timina.

Replicación del ADN: El Proceso de Copiado Genético

La replicación del ADN es el proceso biológico mediante el cual una molécula de ADN de doble hélice se duplica para producir dos moléculas de ADN idénticas. Este paso es crucial para la división celular, permitiendo que cada célula hija reciba una copia completa del material genético.

Enzimas clave en la replicación y su función

Cinco enzimas son fundamentales para llevar a cabo este proceso con precisión:

1. Helicasa: Se encarga de romper los puentes de hidrógeno que unen las dos cadenas de ADN, separando la doble hélice como si fuera una cremallera.
2. Primasa: Sintetiza pequeños fragmentos de ARN llamados cebadores o primers. Estos cebadores proporcionan un punto de inicio para que la ADN polimerasa comience a trabajar.
3. ADN polimerasa: Es la enzima constructora principal. Agrega nuevos nucleótidos complementarios a cada una de las cadenas molde, sintetizando así las nuevas hebras de ADN.
4. Exonucleasa: Cumple una función de corrección. Elimina los cebadores de ARN una vez que han cumplido su función y repara posibles errores en la secuencia de nucleótidos.
5. Ligasa: Actúa como un "pegamento molecular". Une los fragmentos de ADN discontinuos (conocidos como fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada) para formar una hebra de ADN continua y completa.

Transcripción: De ADN a ARN Mensajero

La transcripción es el primer paso en la expresión génica. Consiste en copiar una secuencia específica de ADN (un gen) para crear una molécula complementaria de ARN mensajero (ARNm). El ARNm actuará como un mensajero que lleva la información genética desde el núcleo hasta los ribosomas.

Enzimas involucradas en la transcripción

Tres enzimas principales coordinan este proceso:

1. ARN polimerasa: Es la enzima protagonista. Lee la cadena molde de ADN y sintetiza la hebra de ARNm añadiendo nucleótidos de ARN complementarios.
2. Helicasa: Al igual que en la replicación, abre la doble hélice del ADN en la región del gen que se va a transcribir, exponiendo la cadena molde.
3. Topoisomerasa: Trabaja por delante de la helicasa para aliviar la tensión y el superenrollamiento que se genera en la molécula de ADN a medida que se abre.

Traducción: La Síntesis de Proteínas

La traducción es el proceso final de la expresión génica, donde la información codificada en el ARNm se utiliza como un plano para sintetizar una proteína específica. Este proceso ocurre en los ribosomas, las fábricas de proteínas de la célula.

Etapas de la traducción

La síntesis de proteínas se divide en tres etapas principales:

1. Inicio: El ribosoma se ensambla alrededor de la molécula de ARNm. El primer ARN de transferencia (ARNt), que transporta el aminoácido metionina, se une al codón de inicio (AUG) en el ARNm.
2. Elongación: El ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm, leyendo los codones (secuencias de tres bases) uno por uno. Por cada codón, un ARNt específico trae el aminoácido correspondiente, que se añade a la creciente cadena polipeptídica mediante enlaces peptídicos.
3. Terminación: El proceso continúa hasta que el ribosoma encuentra un codón de parada (UAA, UAG o UGA) en el ARNm. En este punto, la síntesis se detiene, la cadena polipeptídica (la nueva proteína) se libera del ribosoma y el complejo se desarma.