Barreras Inmunológicas, Código Genético y Síntesis de Proteínas: Claves de la Biología Molecular

Barreras Inmunológicas del Organismo

El cuerpo humano posee una serie de mecanismos de defensa que lo protegen de agentes patógenos. Estas barreras se pueden clasificar en primarias, secundarias y terciarias. A continuación, se describen las principales barreras primarias:

Barreras Primarias

Las barreras primarias son la primera línea de defensa del organismo y actúan de forma inespecífica, es decir, contra cualquier agente extraño. Entre ellas se encuentran:

Componente

Función

Piel

Primera línea física de defensa. Posee una capa difícil de atravesar por agentes patógenos. Contiene moléculas bactericidas (defensinas y lisosomas) y presenta un pH ácido debido al sudor y el sebo.

Membranas mucosas

El moco de la mucosa respiratoria atrapa a los patógenos, mientras que en la mucosa digestiva y vaginal habitan microorganismos comensales que compiten con los microbios patógenos por nutrientes.

Ácido clorhídrico

Se secreta en la mucosa gástrica. Acidifica los jugos gástricos, lo que elimina la mayoría de los microorganismos ingeridos.

Ácido láctico

Controla el pH del sudor presente en la piel, actuando como agente bactericida. Se secreta en las glándulas sudoríparas.

Lisozima

Enzima presente en las lágrimas y la saliva. Degrada las paredes celulares de algunas bacterias.

Complemento

Conjunto de aproximadamente veinte proteínas plasmáticas y de unión a membrana. Potencian ciertas reacciones inmunes e inflamatorias que contribuyen a la defensa del organismo.

Interferón

Liberados por células infectadas por virus y macrófagos. Estimulan a las células vecinas a secretar péptidos que interfieren en la replicación viral.

Citoquinas

Pequeños péptidos secretados por diversas células que participan en la inducción y regulación de la respuesta inflamatoria.

Macrófagos

Leucocitos (glóbulos blancos) derivados de monocitos. Fagocitan restos de células muertas y patógenos.

Células citotóxicas

Variante de linfocitos que pueden matar células infectadas por virus y células tumorales.

PMN (Polimorfonucleares)

Leucocitos con gran capacidad bactericida.

Transcripción del ADN

La transcripción es el proceso mediante el cual se sintetiza ARN a partir de una molécula de ADN molde. Este proceso se divide en las siguientes etapas:

Etapa

Descripción

Iniciación

Unión de proteínas reguladoras de la transcripción al promotor del gen.

Elongación

La enzima ARN polimerasa comienza a agregar nucleótidos de manera complementaria y antiparalela a la hebra molde de ADN.

Terminación

La ARN polimerasa reconoce una secuencia de término de la transcripción. Se obtiene una molécula de ARN que contiene la información de la hebra de ADN que sirvió de molde.

Maduración

Ocurre solo en eucariontes. Se eliminan los intrones (secuencias no codificantes) y se empalman los exones (secuencias codificantes) mediante la acción de una enzima ligasa.

Traducción del ARN

La traducción es el proceso por el cual la información contenida en el ARNm se utiliza para sintetizar una proteína. Este proceso se lleva a cabo en los ribosomas y se divide en las siguientes etapas:

Etapa

Descripción

Iniciación

La subunidad menor del ribosoma se une al ARNm. El primer ARNt, que lleva el aminoácido metionina (AUG), se une al codón de inicio en el sitio P de la subunidad mayor del ribosoma. El sitio A queda vacío.

Elongación

Un segundo ARNt, con su aminoácido correspondiente, se une al codón en el sitio A. Se forma un enlace peptídico entre los aminoácidos. El ARNt en el sitio P se libera y el ribosoma se desplaza un codón a lo largo del ARNm, dejando el sitio A libre para la entrada del siguiente ARNt.

Terminación

El ribosoma llega a un codón de término (UAA, UAG o UGA) en el ARNm. No existe ningún ARNt que reconozca estos codones, por lo que la síntesis de la proteína finaliza.

Diferencias entre ADN y ARN

El ADN y el ARN son ácidos nucleicos que desempeñan funciones esenciales en la célula. A continuación, se resumen sus principales diferencias:

Estructura

Azúcar

Bases Nitrogenadas

Ubicación

Función

ADN

Doble hélice

Desoxirribosa

Adenina, Guanina, Citosina, Timina

Núcleo, Mitocondria, Cloroplastos

Almacenamiento de la información genética, Herencia, Evolución, Síntesis de proteínas

ARN

Una hélice

Ribosa

Adenina, Guanina, Citosina, Uracilo

Nucleolo, Citoplasma, Ribosomas

Síntesis de proteínas

Mutaciones

Las mutaciones son alteraciones en el material genético de un individuo. Constituyen un cambio aleatorio en el ADN de un organismo. Pueden causar enfermedades, pero también son fuente de variabilidad genética y evolución. Las mutaciones pueden ser espontáneas, debido a errores en el proceso de replicación, o inducidas por factores químicos, físicos o biológicos.

Tipos de Mutaciones

  • Beneficiosas: Aumentan la probabilidad de supervivencia del individuo, aportando variabilidad genética.
  • Perjudiciales: Provocan la alteración de proteínas, causando malformaciones congénitas, síndromes o rasgos desfavorables.
  • Neutras: No alteran la secuencia de aminoácidos o, si lo hacen, no afectan la función de la proteína.

Clasificación de las Mutaciones según el Tipo Celular Afectado

  • Somáticas: Afectan a las células de un tejido específico y no se heredan. Pueden producir cáncer.
  • Germinales: Afectan a los gametos (óvulos y espermatozoides) y pueden ser heredadas por la descendencia.

Clasificación de las Mutaciones según la Extensión del Material Genético Afectado

  • Génicas: Afectan la secuencia de nucleótidos de un gen determinado.
  • Cromosómicas: Alteran la estructura interna de los cromosomas.
  • Genómicas: Producen cambios en el número total de cromosomas.

Enzimas y Proteínas Involucradas en la Replicación del ADN

Enzima/Proteína

Función

Helicasa

Rompe los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, separando las dos hebras del ADN.

Topoisomerasa o Girasa

Desenrolla el ADN, aliviando la tensión generada por la separación de las hebras.

Proteína SSB

Se une a las hebras separadas de ADN, manteniéndolas separadas y evitando que se vuelvan a unir.

ADN Polimerasas

ADN pol I: Actividad exonucleasa 5′ -> 3′ (elimina el cebador) y actividad exonucleasa 3′ -> 5′ (reparación).
ADN pol II: Actividad exonucleasa 3′ -> 5′ (reparación).
ADN pol III: Actividad exonucleasa 3′ -> 5′ (reparación).

ARN Primasa

Sintetiza los cebadores o primers, secuencias cortas de ARN necesarias para que la ADN polimerasa inicie la síntesis de ADN.

ADN Ligasa

Une los fragmentos de Okazaki en la cadena rezagada.

ARN Polimerasas (Enzimas de la Transcripción)

ARN pol I: Sintetiza el ARN ribosómico (ARNr), componente esencial de los ribosomas.
ARN pol II: Sintetiza el ARN mensajero (ARNm), que lleva la información genética del ADN a los ribosomas.
ARN pol III: Sintetiza el ARN de transferencia (ARNt), que transporta los aminoácidos a los ribosomas durante la síntesis de proteínas.
ARN pol mitocondrial: Participa en la síntesis de proteínas mitocondriales dentro de la mitocondria.

Experimento de Pulso y Caza

El experimento de pulso y caza se diseñó para determinar qué molécula transportaba la información genética desde el núcleo al citoplasma. Se sabía que el ADN, al ser una molécula de doble hélice, era más pesado y no podía atravesar los poros nucleares. En cambio, el ARN, al ser de cadena sencilla, es más ligero y puede pasar a través de estos poros. El experimento demostró que el ARN es la molécula que sale del núcleo y lleva la información genética para la síntesis de proteínas.

Características del Código Genético

  • Es redundante (degenerado): Varios codones pueden codificar para el mismo aminoácido.
  • Es universal: El mismo código genético se utiliza en la mayoría de los organismos, con algunas excepciones.
  • Codifica para 20 aminoácidos diferentes.
  • Posee señales de inicio (AUG) y de término (UAA, UAG, UGA).

Ribosomas

Los ribosomas son estructuras citoplasmáticas compuestas por ARN ribosómico (ARNr) y proteínas. Están formados por dos subunidades: una mayor y una menor. La subunidad mayor posee dos sitios de unión para el ARNt: el sitio P (peptidil) y el sitio A (aminoacil). La subunidad menor tiene un sitio de unión para el ARNm.

ARN de Transferencia (ARNt)

Los ARN de transferencia actúan como traductores del mensaje genético contenido en el ARNm. Cada ARNt se une a un aminoácido específico y lo transporta al ribosoma, donde se incorpora a la cadena polipeptídica en crecimiento, siguiendo la secuencia de codones del ARNm.

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