1. Interfase y Replicación del ADN
La Interfase es la etapa más larga del ciclo celular. Durante esta fase, el material genético permanece disperso. La interfase se divide en tres etapas: G1, S y G2. En el período S ocurre la Replicación del ADN.
Enzimas y Moléculas Involucradas en la Replicación
- ADN polimerasa: Cataliza la polimerización de los nucleótidos.
- Helicasas: Enzimas responsables de separar las hebras de la doble hélice.
- ADN polimerasa III: Responsable de la síntesis del ADN.
- ARN polimerasa: Fabrica los cebadores e inicia la síntesis.
- ADN ligasa: Une fragmentos de ADN.
Moléculas Esenciales
- Desoxirribonucleótidos trifosfato: Fuente de nucleótidos y energía.
- Ribonucleótidos trifosfato: Para la fabricación de los cebadores.
Hebra Conductora y Hebra Retardada
- Hebra conductora: Se sintetiza de forma continua en el mismo sentido.
- Hebra retardada: Se sintetiza en sentido contrario.
2. Transcripción y Tipos de ARN
La Transcripción es el proceso mediante el cual la información del ADN se copia a una molécula de ARN mensajero (ARNm).
Tipos de ARN
- ARNr (ARN ribosomal): Son filamentos muy plegados, sobre los cuales se asocian proteínas específicas. Se sintetizan en el nucléolo.
- ARNm (ARN mensajero): Lleva información para la síntesis de cadenas polipeptídicas.
- ARNt (ARN de transferencia): Son relativamente pequeños y constituyen una estructura plegada llamada “hoja de trébol”, con una doble hélice intracadena. Actúan como elemento traductor, que va descifrando los codones y ubica el aminoácido correspondiente. Cumplen funciones esenciales:
- Unión con el ribosoma.
- Unión con una enzima activadora de aminoácidos.
- Unión del aminoácido.
- Reconocimiento del codón del ARNm.
Maduración del ARN
Durante la maduración, el ARN pierde segmentos que no codifican para proteínas.
El Código Genético
El codón o triplete es un fragmento de tres bases nitrogenadas adyacentes que codifica un aminoácido. El código genético es degenerado, lo que significa que algunos aminoácidos pueden ser especificados por más de un triplete. Sin embargo, el código genético no es ambiguo, ya que cada codón especifica un solo aminoácido.
Traducción
Para la traducción de la información genética se requiere: aminoácidos, energía, ARNm, ARNt, ARNr, enzimas específicas y factores de iniciación, alargamiento y terminación.
Activación de Aminoácidos
Ocurre en el citosol. Se forma un enlace peptídico entre aminoácidos, y cada aminoácido se une a un ARNt específico.
3. Transcripción Inversa y Retrovirus
Algunos virus codifican una enzima específica que cataliza la síntesis de ARN a partir de un molde de ARN (síntesis de ARN dirigida por ARN), utilizando el mismo mecanismo de apareamiento complementario de bases entre hebras complementarias.
La transcripción inversa es importante en la transposición de secuencias de ADN de una localización cromosómica a otra. También se usa experimentalmente para generar copias de ADN a partir de una molécula de ARNm, generando el ADNc.
SIDA y el VIH
El SIDA es causado por el retrovirus VIH. El VIH tiene ARN y una envoltura externa con glicoproteínas. La transcriptasa inversa es una enzima que define a un retrovirus.
El VIH tiene la particularidad de invadir y destruir al linfocito T4, que coordina los demás tipos de células que intervienen en la defensa del organismo.
4. Genes y Enzimas: Fenilcetonuria
Los genes son transportados por los cromosomas. La primera relación entre gen y enzima se estableció con la Fenilcetonuria.
Fenilcetonuria
Es una enfermedad hereditaria humana que resulta de un defecto en el metabolismo de la fenilalanina. Se produce por la deficiencia de una enzima necesaria para catalizar una reacción metabólica del aminoácido.
Cada gen codifica una cadena polipeptídica. Cuando un virus infecta una célula, se requiere de la penetración del ADN viral, y no de las proteínas, para que ocurra la replicación viral.
La fenilcetonuria es un error congénito del metabolismo de la fenilalanina que afecta a los recién nacidos. Los síntomas incluyen retraso psicomotor, cuadros psicóticos de tipo autista y convulsiones.
La fenilalanina se acumula en la sangre y puede sufrir otras reacciones que la convierten en otros metabolitos anormales. La deficiencia enzimática no produce dificultades mientras el feto está en el útero, por lo que los bebés son normales al nacer. Si no son tratados a tiempo, los niños afectados se vuelven retrasados en el primer año de vida.
Se puede prevenir alimentando a los niños afectados con una dieta sintética baja en fenilalanina.
5. Tipos de Mutaciones
Mutaciones del Mismo Sentido
La secuencia de nucleótidos está cambiada, sin embargo, la secuencia proteica es la misma.
Mutaciones en Sentido Equivocado
La sustitución de un nucleótido en la secuencia génica resulta en una sustitución de un aminoácido en la proteína codificada.
Mutaciones Sin Sentido
La sustitución de un nucleótido en la secuencia génica resulta en la generación de un codón de término, generándose una proteína truncada. Estas mutaciones llevan a la producción de un producto génico inactivo.
Mutaciones con Corrimiento del Marco de Lectura
La adición o deleción de un nucleótido en la secuencia génica resulta en un cambio del marco de lectura. Una parte significativa de la proteína codificada puede tener una secuencia de aminoácidos incorrecta. Estas mutaciones llevan a la producción de un producto génico inactivo.
6. Endonucleasas y Electroforesis en Gel
Endonucleasas
Son enzimas que cortan el ADN en sitios específicos de su secuencia. Fueron identificadas en bacterias, donde podrían cumplir una función defensiva frente a la entrada en la célula de ADN extraño. Los cortes específicos se realizan en secuencias palíndromes.
Electroforesis en Gel
Esta técnica consiste en separar los distintos fragmentos de ADN. El gel se comporta como un filtro poroso que retrasa la migración de los fragmentos más grandes.
7. Clonación Molecular
La clonación molecular consiste en insertar un fragmento de interés en un vector que es capaz de replicarse de forma independiente en una célula huésped. El resultado es una molécula recombinante.
Linkers
Los linkers son oligonucleótidos sintéticos que contienen sitios de corte de enzimas de restricción. Permiten preparar fragmentos de ADN para ser ligados a un vector.
Bacteriófagos λ
Son virus que infectan bacterias.
Plásmidos
Son pequeñas moléculas de ADN circular que se replican al interior de las bacterias de forma independiente.