1. Los Ácidos Nucleicos

Almacenan y transmiten la información genética. Son macromoléculas formadas por la unión de unidades más sencillas denominadas nucleótidos.

Nucleótidos

Cada uno está compuesto por 3 subunidades:

• Un grupo fosfato (fósforo y oxígeno).
• Un glúcido de 5 átomos de carbono (pentosa). Puede ser la ribosa o la desoxirribosa.
• Una base nitrogenada. Pueden ser: adenina, guanina, citosina, timina o uracilo. Todas tienen estructura cíclica e incluyen nitrógeno en su composición química.

Los nucleótidos están unidos unos a otros formando largas cadenas o polinucleótidos. El ácido fosfórico de un nucleótido está unido a la pentosa del siguiente mediante un enlace. En cada polinucleótido el grupo fosfato y la pentosa son siempre iguales; pero varía la secuencia de bases nitrogenadas.

Tipos de Ácidos Nucleicos

Hay dos tipos, el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN).

El ADN

Contiene toda la información genética necesaria para el funcionamiento y desarrollo de un ser vivo. En los organismos eucariotas, la mayor parte del ADN se encuentra en el núcleo. También hay ADN en las mitocondrias y en los cloroplastos. Su estructura fue establecida en 1953 por Francis Crick y James Watson. Contiene las siguientes características:

• Cada molécula está formada por 2 largas cadenas de polinucleótidos, enrolladas en espiral, formando una doble hélice. Las pentosas y los grupos fosfato forman el esqueleto externo de la hélice y las bases nitrogenadas se disponen hacia el interior.
• Las 2 cadenas son antiparalelas, lo que significa que se disponen de forma paralela y siguen sentidos opuestos.
• Se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno que se establecen entre las bases nitrogenadas de ambas. Además son complementarias, la adenina con la timina y la guanina con la citosina. De esta manera la secuencia de bases nitrogenadas de una determina la secuencia de la otra.

El ARN

Participa en la expresión de la información contenida en el ADN mediante la síntesis de proteínas, que son las que regulan la mayoría de los procesos vitales de un organismo. En las células eucariotas el ARN se localiza en el núcleo y en el citoplasma. Está formado por una sola cadena de nucleótidos.

Tipos de ARN

(Realizan diferentes funciones de manera coordinada.)

• ARNm (mensajero): Copia la información del ADN nuclear y la transporta hasta los ribosomas.
• ARNr (ribosómico): Se asocia a proteínas y forma los ribosomas, donde se sintetizan las proteínas.
• ARNt (transferente): Se une a aminoácidos y los transporta hasta el ribosoma para formar las proteínas.

2. La Replicación del ADN

El ADN tiene la capacidad de replicarse. La replicación permite que las células hijas resultantes de la mitosis celular, reciban la misma información genética que la célula madre. Tiene lugar al final de la interfase. Para que ocurra, la célula necesita las moléculas que forman los diferentes nucleótidos y una serie de enzimas, que controlan y dirigen el proceso.

Proceso de Replicación del ADN

1. Comienza con la rotura de los enlaces de hidrógeno que unen las bases nitrogenadas complementarias. De esta forma las dos hebras empiezan a desenrollarse.
2. Cada cadena parental constituye el molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria. Cuando ambas se separan, enzimas específicas van leyendo la información y uniendo los nucleótidos complementarios.
3. Conforme se van formando las nuevas cadenas se establecen enlaces de hidrógeno entre las bases, y las hebras se van enrollando. El resultado son dos moléculas de ADN iguales entre sí y a la molécula original. La replicación es de tipo semiconservativo ya que cada nueva hélice conserva una cadena original y otra nueva. En las células existen enzimas de reparación que detectan los nucleótidos incorrectamente apareados, los retiran y los reemplazan por los correctos.

3. El Concepto de Gen

Desde el punto de vista estructural, un gen es un fragmento de ADN que contiene la información genética para un determinado carácter.

Estructura del Genoma

No todo el ADN contenido en los cromosomas codifica para proteínas. La mayoría del ADN contienen genes que se encargan de regular la actividad de otros y fragmentos cuya función es aún desconocida. Se denomina genoma humano al conjunto completo de genes de un organismo. La forma en que se organiza el genoma humano difiere enormemente entre los organismos procariotas y eucariotas.

• En los organismos procariotas, el genoma está formado por un solo cromosoma circular. Algunas bacterias además poseen plásmidos, que son moléculas de ADN circulares que se replican de forma independiente al cromosoma bacteriano.
• En los organismos eucariotas, la mayor parte del genoma constituye la cromatina, localizada en el núcleo de la célula. Otra parte del ADN se encuentra en los cloroplastos y las mitocondrias y tiene una estructura parecida al cromosoma bacteriano.

4. Las Mutaciones

El material genético permite la transmisión de un mismo carácter de unos individuos a otros, pero en algunas ocasiones el material genético puede cambiar. Estos cambios se llaman mutaciones. Son cambios aleatorios que se producen en el ADN de un organismo. Constituyen una fuente de variabilidad genética y un motor para la evolución de las especies. Unas pueden ser espontáneas, otras introducidas artificialmente mediante agentes físicos llamados agentes mutagénicos.

Tipos de Mutaciones

Según el efecto sobre el individuo:

• Perjudiciales: Confieren una desventaja para la supervivencia del individuo.
• Beneficiosas: Aumentan la probabilidad de supervivencia del individuo.
• Neutras: No afectan a la supervivencia del individuo.

Según el tipo de células afectadas:

• Somáticas: Aquellas que afectan a las células somáticas. Pueden originar lesiones o enfermedades graves como el cáncer. No se transmiten.
• Germinales: Afectan a los gametos. No se manifiestan en el propio individuo pero pueden transmitirse a futuras generaciones; son heredables.

Según la extensión del material genético afectado:

• Génicas: Son aquellas que provocan cambios en la secuencia de nucleótidos de un gen determinado.
• Genómicas: Producen una variación respecto al número total de cromosomas de una especie.
• Cromosómicas: Son las que ocasionan cambios que afectan a la estructura interna de los cromosomas.

5. La Expresión de la Información Genética

Las proteínas son grandes moléculas que resultan de la combinación de monómeros, llamados aminoácidos. Existen 20 aminoácidos distintos y en cada proteína su número y orden es diferente. La información contenida en el ADN está organizada en forma de tripletes. Cada triplete constituye una de las posibles combinaciones de 3 nucleótidos. Un gen no sintetiza de forma directa un polinucleótido. Para que pueda sintetizarse, la información genética que contiene el ADN en forma de triplete tiene que ser descodificada. La molécula intermediaria en este proceso es el ARN. La descodificación de la información del ADN se realiza en 2 fases:

• Transcripción del mensaje: Consiste en copiar la información genética contenida en el ADN a una molécula de ARNm. En los eucariotas, la transcripción tiene lugar en el núcleo. La doble hélice de ADN se abre y una de sus cadenas constituye el molde para sintetizar una molécula de ARNm. Esta molécula de ARNm se sintetiza siguiendo las reglas de complementariedad de bases.
• Traducción del mensaje: Consiste en traducir el mensaje contenido en el ARNm al lenguaje de las proteínas. El ARNm traslada la información desde el núcleo hasta el citoplasma donde los ribosomas «leen» la información en forma de tripletes. Cada uno de estos tripletes se llama codón y se traducen al lenguaje de las proteínas siguiendo un código en el que cada codón especifica un aminoácido concreto. El ARNt es la molécula que transporta los aminoácidos hasta el ribosoma.

Código Genético

Durante la traducción, el ribosoma «interpreta» el mensaje del ARNm de tal manera que la secuencia de codones determina el orden de aminoácidos de la cadena polipeptídica. Cada molécula de ARNt porta en uno de sus extremos un aminoácido concreto, además tiene un triplete de nucleótidos, llamado anticodón, complementario de un codón determinado del ARNm. De esta manera, si el codón del ARNm es UUG el anticodón del ARNt será ACC. La correspondencia entre los codones del ARNm y los aminoácidos que forman las proteínas recibe el nombre de código genético. El código genético es universal (mismo para todos los seres vivos). Existen 64 codones posibles:

• Varios codifican para el mismo aminoácido.
• Algunos no codifican ninguno sino que marca el final del proceso de traducción.
• El codón AUG actúa como una señal de inicio y codifica un aminoácido.

6. La Biotecnología

Es la utilización de seres vivos o parte de ellos con el fin de obtener productos de interés para las personas. Emplea técnicas avanzadas de manipulación de ADN que permite detectar y tratar enfermedades genéticas, obtener o modificar productos, transferir genes de un organismo a otro para mejorar especies animales o vegetales, desarrollar microorganismos para usos específicos, como la descontaminación, etc.

Algunos Usos de la Biotecnología

• Producción de sustancias terapéuticas: Se obtienen a partir de microorganismos modificados genéticamente para producir sustancias importantes para las personas.
• Producción de alimentos: Aumentar la productividad de ciertas cosechas y obtener plantas resistentes a plagas o tolerantes a ciertas condiciones ambientales.
• Eliminación de metales pesados: Ha permitido el desarrollo de bacterias capaces de eliminarlos mediante reacciones químicas.
• Biorremediación: Consiste en la utilización de ciertos hongos y bacterias para eliminar sustancias contaminantes del medio.
• Producción de energía: Obtener gas metano a partir de la fermentación de residuos orgánicos de los desechos, lodos o aguas residuales o conseguir energía del alcohol resultante de la fermentación de azúcares.