1. El ADN: Portador de la Información Genética

El ADN constituye los genes, contiene información para controlar la síntesis de enzimas y proteínas de una célula u organismo.

El experimento de Griffith

Griffith trabajó con dos cepas distintas de la bacteria Streptococcus pneumoniae. Una cepa R producía colonias rugosas, sin cápsula de polisacárido, que no producían efectos patógenos. Otra cepa S producía colonias lisas y sus células tenían una cápsula de polisacárido. Él comprobó que las células del tipo S muertas y las del tipo R, al ser inyectadas a los ratones, no les causaban la muerte.

2. El Flujo de la Información Genética

Definición: El gen se define como la unidad elemental de la herencia, la región física y funcional del cromosoma portadora de la información genética de una generación a la siguiente y responsable de conferir rasgos al organismo.

La definición molecular de gen

• Hipótesis un gen-una enzima: Basada en el papel del gen como responsable de la síntesis de enzimas, que son proteínas.
• Hipótesis un gen-una proteína: Basada en el principio general de que todas las enzimas son proteínas.
• Hipótesis un gen-un polipéptido: Basada en que muchas proteínas están formadas por varios polipéptidos, cada uno codificado por un gen diferente.

El esquema actual del dogma central de la biología

En primer lugar: Indica que el ARN puede servir como molde para la síntesis de ADN. Los virus con ARN que producen tumores, como el virus del sarcoma de Rous o el virus del SIDA, poseen una enzima conocida como transcriptasa inversa que sintetiza una cadena de ADN complementaria al ARN vírico.

En segundo lugar: El ARN puede actuar como molde para su propia replicación. Este proceso ha sido observado en un pequeño número de fagos. Tenemos un proceso de síntesis proteica que previamente tiene lugar a un proceso de transcripción.

3. La Replicación del ADN

Es el proceso mediante el cual, a partir de una molécula de ADN progenitora, se sintetizan dos moléculas hijas con la misma secuencia que el ADN original. Tiene lugar en la fase S de la interfase y es necesario que se lleve a cabo antes de la división celular. Hay tres hipótesis sobre cómo se produce la replicación: conservativa, dispersiva y semiconservativa.

• Conservativa: La hélice doble original completa actúa como molde de una nueva, de forma que una molécula hija tiene el ADN paterno original y la otra lo tiene nuevo.
• Dispersiva: Algunas partes de la doble hélice original se conservan y otras no. Las moléculas hijas tendrán algunos fragmentos de la hebra molde y otros recién sintetizados.
• Semiconservativa: Las cadenas de ADN se separan y cada una sirve de molde para una nueva. Cada molécula hija tiene una cadena molde intacta y una cadena recién replicada.

Las enzimas principales en la replicación son las ADN polimerasas I, II y III. La ADN polimerasa I se utiliza en el relleno de pequeños segmentos de ADN durante los procesos de reparación y de replicación. La ADN polimerasa III puede servir como enzima polimerasa activa durante la replicación del ADN.

• Helicasas: Son enzimas que rompen los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las bases complementarias, son las enzimas encargadas de abrir la doble hélice.
• Topoisomerasas: Su función es desenrollar la doble hélice del ADN. La mejor conocida es la ADN girasa.
• Primasa: Cataliza la síntesis de un ARN, llamado cebador, que iniciará la replicación.
• Proteínas SSB: Son proteínas que se unen a las cadenas sencillas de ADN.
• ADN ligasa: Es una enzima que une dos fragmentos de una misma cadena.

La replicación continua y discontinua

La replicación se produce en las dos cadenas de ADN y, a partir de ese punto, las dos cadenas se separan, la replicación avanza y se copian las dos hebras a la vez. Esto plantea un problema, ya que las dos cadenas de la doble hélice de ADN discurren en direcciones opuestas. La replicación se produce de forma discontinua, es decir, se van replicando en pequeños fragmentos llamados de Okazaki. La cadena sintetizada de forma continua se llama cadena adelantada y la sintetizada de forma discontinua se llama cadena retrasada. La replicación continua del ADN puede proseguir indefinidamente.

Los pasos de la replicación discontinua

• Síntesis del cebador y elongación: Para que la replicación comience es necesario que exista un fragmento de doble cadena formado por una molécula denominada cebador. Este cebador lo sintetiza la primasa.
• Eliminación del cebador y rellenado del hueco: La enzima ADN polimerasa I es una polimerasa cuando añade nucleótidos de uno en uno y una exonucleasa cuando quita nucleótidos. La ADN polimerasa I usa sus dos capacidades para completar el fragmento de Okazaki mediante la eliminación del cebador.
• Ligazón: La ADN polimerasa no puede enlazar los fragmentos de Okazaki al ADN sintetizado previamente. Esta función la realiza la ADN ligasa.

La replicación en eucariotas

La replicación en eucariotas es muy parecida a la de las procariotas, aunque presenta diferencias derivadas de la mayor complejidad que tiene el material genético eucariota. El proceso de la replicación se inicia en varios puntos de la cadena llamados replicones. Hay cinco tipos de ADN polimerasas en eucariotas.

• Inicio de la replicación: Comienza en ciertas zonas donde hay una secuencia de nucleótidos conocida como origen de replicación.
• Separación de las cadenas: Intervienen unas enzimas, llamadas helicasas, que rompen los enlaces por puentes de hidrógeno y abren así la doble hélice. Esta separación provoca superenrollamientos en las zonas vecinas, por lo que existen otras enzimas, las topoisomerasas o girasas.
• Formación de nuevas hebras: La síntesis real de las nuevas cadenas es catalizada por las enzimas ADN polimerasa, que van añadiendo nucleótidos uno a uno.
• Terminación: Hay otra enzima, la ADN ligasa, que conecta los fragmentos de Okazaki recién formados con la cadena de ADN retardada en crecimiento.