Modelo de Watson y Crick

La estructura del ADN fue dilucidada por Watson y Crick en 1953 utilizando un método de difracción de rayos X.

La molécula de ADN es una molécula extraordinariamente grande compuesta por dos cadenas de nucleótidos que forman una estructura estable en forma de doble hélice (esto constituye la estructura secundaria). Estas cadenas son antiparalelas, es decir, tienen extremos opuestos: una será 5′->3′ y la otra 3′->5′, son además dextrógiras.

Cada una de las cadenas está compuesta por una secuencia de nucleótidos (estructura primaria) de desoxirribosa (véase fórmula esquemática de un nucleótido). Esta secuencia alberga la información genética que se traducirá en una cadena peptídica o una proteína. No todas las secuencias codifican proteínas, algunas se transcribirán en moléculas de ARN con funciones reguladoras y otras ni se transcribirán ni traducirán, siendo su función desconocida.

Los nucleótidos de una cadena están unidos por enlaces fosfodiéster, constituyendo un esqueleto de desoxirribosa fosfato con las bases nitrogenadas enfrentadas (A, T, G y C) y unidas por puentes de hidrógeno. Las bases púricas se unen a sus complementarias pirimidínicas: A con T (mediante dos puentes de hidrógeno) y G con C (tres puentes de hidrógeno). Se cumplen las leyes de Chargaff según las cuales A+G=T+C.

Aspectos de detalle: el grosor de la doble cadena es de 2nm, en cada vuelta hay 10 nucleótidos y una vuelta mide 3.4 nm.

ARNm

Largas cadenas de polinucleótidos de tamaño variable que solo presentan estructura primaria, por lo que tienen aspecto filamentoso. El nombre de ‘mensajero’ hace referencia a la función que desempeña ya que cada ARNm contiene la información necesaria para la síntesis de una proteína determinada. En procariotas, como las bacterias, los ARNm poseen en el extremo 5′ un grupo trifosfato. En eucariotas, la mayoría de ARNm poseen en el extremo 5′ una especie de ‘caperuza’ compuesta por un residuo de metil-guanosina unida al grupo trifosfato, y en el extremo 3′ presentan una ‘cola’ formada por un fragmento de unos 150-200 nucleótidos de adenina denominada ‘cola’ de poli A. Estos ARNm de eucariotas contienen secuencias de bases que codifican para la síntesis de proteínas (exones) intercaladas con otras secuencias que no contienen información para la síntesis proteica (intrones), es decir, la información genética aparece fragmentada, por lo que requiere un proceso de maduración antes de convertirse en ARNm funcionales. Una peculiaridad es que los ARNm tienen una corta vida.

ARNn

Es un ARN de elevado peso molecular con estructura secundaria y terciaria en algunas regiones de la molécula que se sintetiza en el nucléolo de las células eucariotas y no es más que el precursor de diferentes tipos de ARNr.

ARNr

Moléculas de diferentes tamaños con estructuras secundaria y terciaria en algunas regiones de la molécula que participan en la formación de subunidades ribosómicas al unirse a más de 70 proteínas.

ARNt

Moléculas pequeñas (80-100 nucleótidos) con estructura secundaria y terciaria, encargadas del transporte de los aminoácidos hasta los ribosomas durante la síntesis de las proteínas. Cada ARNt presenta estructura secundaria en algunas regiones de su molécula que contienen secuencias de bases complementarias y permiten el apareamiento y la consiguiente formación de una doble hélice. Otra característica es la de contener aproximadamente un 10% de bases provenientes de modificaciones en las cuatro bases normales (A, G, C, U) como el pseudouracilo y otras.

La estructura secundaria:

• Brazo aceptor: formado por el extremo 3′ 5′, con un grupo OH terminal unido al aminoácido que posee secuencia ACC.
• Bucle o brazo TψC: que actúa como lugar de reconocimiento del ribosoma.
• Bucle situado en el extremo del brazo: que contiene una secuencia de 3 bases, anticodón.
• Bucle D: cuya secuencia está formada por una veintena de enzimas denominada aminoacil-ARNt sintetasa, encargadas de unir cada aminoácido con su correspondiente molécula de ARNt.

Funciones de los Ácidos Nucleicos

El ADN se replica y guarda la información genética:

• La doble hélice del ADN se replica: Gracias a ello, cada célula, antes de dividirse, hace una copia de sus genes con el fin de que cada célula hija contenga la misma dotación genética que la célula madre; de esta manera, la información genética se transmite de generación en generación.
• El ADN de los cromosomas es el material del que están formados los genes: Contiene la información necesaria que permite la síntesis de todas las proteínas de un organismo. Pero esta información genética heredada de nuestros progenitores debe descodificarse para poder ser utilizada por la célula y este proceso se realiza en 2 fases:
  1. Transcripción de la información genética contenida en un gen: Se sintetiza una cadena de ARNm utilizando como molde una de las hebras del ADN del gen. Utiliza una clave de complementariedad de bases similar a la de la replicación pero teniendo en cuenta que la cadena de ARNm sintetizada tiene U en lugar de T, la complementariedad será G=C y A=U.
  2. Traducción del mensaje contenido en la secuencia de bases del ARNm: contenido en la secuencia de bases del ARNm correspondiente a un gen. El mensaje es captado por los ribosomas y convertido en una secuencia de aminoácidos de una proteína. Se utiliza un código genético, que asigna cada grupo de 3 bases del ARNm. El ribosoma recorre la molécula de ARNm y va incorporando los aminoácidos que llegan al ribosoma transportados por moléculas de ARNt. De esta manera los aminoácidos se van incorporando a la proteína que se está formando y en el orden que indica la secuencia de bases del ARNm.

Diferencias entre Mitosis y Meiosis / Células Animales y Vegetales

1. La finalidad de la mitosis es mantener la información genética en las células somáticas mientras que la meiosis tiene dos finalidades: reducir a la mitad el número de cromosomas en los gametos y aumentar su variabilidad genética para, a su vez, generar mayor diversidad de las poblaciones de seres vivos. Esto último garantiza que siempre haya supervivientes ante los distintos cambios del medio. Esta variabilidad se consigue tanto mediante el sobrecruzamiento como por la segregación al azar de las cromátidas en las anafases I y II.
2. La mitosis ocurre en las células somáticas mientras que la meiosis ocurre en las células germinales que darán lugar a los gametos.
3. La mitosis supone una cariocinesis, es decir, una sola división del núcleo. La meiosis, por el contrario, son dos divisiones.
4. El resultado de la mitosis son dos células diploides y el de la meiosis son cuatro células haploides.
5. Durante la mitosis los cromosomas homólogos (paternos y maternos) de las células hijas permanecen intactos respecto de las células madre originándose células genéticamente idénticas. En la meiosis, por el contrario, se produce una sinapsis (apareamiento) entre los cromosomas homólogos (cigoteno, profase I) produciéndose un intercambio de fragmentos (paquiteno, profase I) llamado sobrecruzamiento que origina una recombinación genética, de tal forma que las células resultantes son todas genéticamente distintas entre sí.
6. Durante la metafase de mitosis forman la placa ecuatorial todos los cromosomas, cada uno con dos cromátidas, y en la anafase se rompen los centrómeros migrando a cada polo estas cromátidas ya constituidas en los nuevos cromosomas, por tanto se originan dos células diploides y cada cromosoma tendrá una sola cromátida. En la metafase de meiosis I la placa ecuatorial está formada por las tétradas, es decir los cromosomas de cuatro cromátidas resultado de la unión de los cromosomas homólogos. En la anafase I se dirigirán a cada polo cromosomas con dos cromátidas. El resultado de la meiosis I son dos células haploides cuyos cromosomas tienen dos cromátidas. En la anafase II se separarán estas dos cromátidas dando lugar a cuatro células haploides con una cromátida cada una.

A las diferencias entre células animales y vegetales hay que añadir dos diferencias más relacionadas con la mitosis y la citocinesis:

1. En las células vegetales el huso mitótico está formado por dos zonas densas organizadoras de los microtúbulos que no poseen centriolos y que se encuentran situadas en los polos de las células. En las células animales el huso mitótico es organizado por el centrosoma, orgánulo con dos centriolos (diplosoma). En el periodo S de interfase se dividen los centriolos y en la profase se originan dos centrosomas y entre ellos se van formando los microtúbulos del huso.
2. En las células animales durante la citocinesis se origina un anillo contráctil formado por microfilamentos de actina y miosina que va estrangulando la parte media de las dos células originando un surco de segmentación. La citocinesis de las células vegetales es diferente, ya que no se produce este estrangulamiento. En ella el aparato de Golgi formará unas vesículas cargadas de sustancias que formarán la pared, esto junto a los microtúbulos del huso originará un tabique llamado fragmoplasto el cual presentará conexiones citoplasmáticas entre las dos células hijas conocidas como plasmodesmos.

Un Gen

Un gen es una secuencia de nucleótidos de ADN o ARN (en el caso de algunos virus) que contiene información para formar una proteína, un péptido o una molécula de ARNr, ARNt, ARNi. En la actualidad se considera que el genoma humano posee entre 20.000 y 25.000 genes. En los eucariotas, la información de un gen está fragmentada, es decir, existen secuencias “sin sentido” (intrones) y secuencias “con sentido” (exones). Durante la fase de maduración de la transcripción los intrones son eliminados y los exones se unen para constituir la molécula de ARNm. Esto explicaría que un mismo gen podría dar lugar a diferentes proteínas con maduraciones distintas. Los genes son una unidad funcional esencial de los seres vivos ya que todas sus estructuras y todo el metabolismo dependen de proteínas (en el caso del metabolismo son las enzimas), y todas ellas son formadas con la información de sus genes. Los genes son también unidades hereditarias ya que al encontrarse en los cromosomas de los gametos pasarán de los progenitores a los descendientes. Los seres de reproducción sexual el cigoto y el nuevo individuo tendrá dos juegos de cromosomas (paternos y maternos) son, por tanto, seres diploides con parejas de cromosomas homólogos y habrá dos genes para cada proteína. Por último, los genes también son unidad evolutiva ya que las mutaciones que se producen en ellos generan la diversidad de alelos que existen, el sobrecruzamiento y la segregación azarosa de los cromosomas durante la meiosis aumentarán la variabilidad genética de las poblaciones y sobre ella actúa la selección natural permitiendo la supervivencia de aquellos que tienen características ventajosas.