Fundamentos de la Genética Molecular: ADN, Replicación, Transcripción y Mutaciones

El ADN: Molécula de la Herencia y sus Requisitos

La molécula que contiene la información de las características biológicas es el ADN. Debe cumplir una serie de requisitos fundamentales:

• Ser estable para que la información no sufra alteraciones.
• Ser capaz de replicarse para que la información pase a las células hijas.
• Ser necesario que se transmita de una generación a otra.
• Aunque sea estable, la molécula debe ser susceptible a sufrir cambios que posibiliten la variabilidad genética.

Definición de Gen

Un gen es una secuencia de bases nitrogenadas que constituye la información necesaria que las células emplean para sintetizar proteínas.

ADN en Células Procariotas y Eucariotas

• Procariota: El ADN se utiliza para la síntesis de proteínas y el gen codificador es una secuencia continua de nucleótidos.
• Eucariota: Solo se utiliza aproximadamente el 10% del ADN para sintetizar proteínas. La mitad del ADN es repetitivo (ej. secuencias como ACAT en la mosca), las cuales no llevan información codificante pero desempeñan un papel de estabilidad estructural. Las secuencias de síntesis no son continuas; se alternan exones (segmentos que codifican proteínas) e intrones (segmentos que no codifican nada y son eliminados durante el procesamiento del ARN).

Replicación del ADN: Transmisión de la Información Genética

Es imprescindible que el ADN se transmita a las células hijas, formando réplicas exactas. Este proceso se denomina replicación.

Formas de Replicación

Existen tres formas de replicación:

• Conservativa
• Dispersiva
• Semiconservativa (la forma predominante en la naturaleza)

Proceso Detallado de la Replicación

1. Una helicasa separa las hebras de ADN al romper los enlaces de hidrógeno (H) de las bases nitrogenadas. Esto forma tensiones que son eliminadas por las topoisomerasas.
2. La síntesis de las hebras complementarias se lleva a cabo mediante la enzima ADN polimerasa III. Sus requisitos son:
   • Necesita una hebra molde de ADN que lea en sentido 3' → 5'.
   • Une los nucleótidos en sentido 5' → 3'.
   • Utiliza un nucleótido trifosfato que aporta energía para el enlace.
   • La síntesis no se inicia por sí misma, por lo que es necesario que exista una cadena corta de ARN, denominada ARN cebador.
3. Las hebras sintetizadas se disponen enrolladas, originando una doble hélice.

Transcripción: Del ADN al ARN Mensajero

La transcripción consiste en copiar una parte del mensaje genético desde su forma original (ADN) a ARN. Se produce gracias a la enzima ARN polimerasa.

Características de la ARN Polimerasa

• Une nucleótidos en sentido 5' → 3'.
• Utiliza nucleótidos trifosfato.
• Necesita ADN como molde.
• Se inicia desde secuencias específicas (ej. CAAT o TATA) y finaliza en otras (ej. TTATTT), a menudo con la adición de una cola de poli-A.

El Código Genético: Lenguaje de la Vida

Las tripletas de bases nitrogenadas se denominan codones. Existen 61 codones que codifican aminoácidos (los 3 restantes son codones de parada).

Características del Código Genético

• Es una secuencia lineal de bases nitrogenadas.
• No hay solapamiento: cada base pertenece a un único codón.
• Es universal: es el mismo para casi todas las células y organismos (con raras excepciones).
• Es degenerado: varios codones pueden codificar el mismo aminoácido.

Mutaciones: Alteraciones en el Material Genético

Las mutaciones son alteraciones en la secuencia de un gen o en la estructura cromosómica.

Características de las Mutaciones

• Aparecen bruscamente.
• Son espontáneas, pero pueden ser inducidas artificialmente (mutágenos).
• Son irreversibles: el cambio en el material genético es permanente.
• La mayoría son perjudiciales para el organismo, aunque algunas pueden ser neutras o beneficiosas.

Tipos de Mutaciones

Mutaciones Génicas

Afectan a un gen, alterando la composición química del ADN.

• Sustitución de bases: Un nucleótido es reemplazado por otro.
  • Transiciones: Una purina (A, G) es sustituida por otra purina, o una pirimidina (C, T) por otra pirimidina.
  • Transversiones: Una purina es sustituida por una pirimidina, o viceversa.
• Pérdida o inserción de bases (Indels): Provocan un cambio en el marco de lectura (frameshift), generando un mensaje genético distinto.
  • Deleciones: Falta una o más bases.
  • Adiciones (o Inserciones): Se añade una o más bases.
• Transposiciones: Cambio de posición de segmentos de ADN dentro del genoma.