El ADN: La Molécula de la Vida
Estructura del ADN: Una Espiral Especial
El ADN es una gran molécula formada por la unión de otras moléculas más sencillas llamadas nucleótidos. Los nucleótidos están compuestos por tres tipos de componentes químicos:
- Una molécula de ácido fosfórico.
- Una pentosa, que es un hidrato de carbono de cinco átomos de carbono, denominado desoxirribosa.
- Una base nitrogenada que puede ser adenina, guanina, citosina o timina.
El ADN está constituido por dos largas cadenas enrolladas en una doble hélice. Las dos cadenas son complementarias químicamente. Esto se debe a la disposición de las bases nitrogenadas, unidas y enfrentadas en la parte interna de la doble hélice. La adenina de una cadena solo se une a la timina de la otra por medio de un doble enlace de puentes de hidrógeno, y la citosina de una cadena solo se une a la guanina de la otra mediante un triple enlace de puentes de hidrógeno. La unión específica de unas bases nitrogenadas con otras se denomina par de bases.
El ADN de los virus está formado por una molécula lineal o circular encerrada en una cubierta proteica denominada cápsida.
El ADN de las células procariotas, y también de las mitocondrias y de los cloroplastos de las células eucariotas, es una doble hélice circular.
En el interior de las células eucariotas, el ADN está asociado generalmente a unas proteínas especiales llamadas histonas, formando la cromatina.
El ADN se Replica
El ADN es la única molécula en los seres vivos que puede hacer una copia exacta de sí misma, es decir, replicarse. La trascendencia de la complementariedad de bases es extraordinaria. Permite copiar exactamente las cadenas de ADN de una célula madre a una célula hija y, por otro lado, esta propiedad es la base de gran parte de las actuales técnicas de biología molecular.
El ADN Transmite su Información
Las Proteínas
Las proteínas son moléculas de gran tamaño que se forman por la unión de otras más sencillas, los aminoácidos. Cada proteína se caracteriza por la estructura que adopta en el espacio y por su secuencia. Las funciones que desempeñan son muy diversas: algunas forman estructuras, como los músculos o las uñas; otras regulan y coordinan las funciones de los distintos órganos. Las proteínas son las responsables de la actividad biológica y las que confieren a cada individuo su especificidad.
La Transcripción y la Traducción
La transcripción es un proceso que ocurre dentro del núcleo celular. Es la capacidad que posee el ADN de codificar al ARN a partir de una de sus cadenas de nucleótidos.
En la traducción, el ARN sale del núcleo y lleva el mensaje a otros ARN y a los ribosomas para que se ejecute la orden de síntesis de proteínas en un lugar especializado en el citoplasma.
La Biotecnología Moderna
La biotecnología moderna implica la manipulación deliberada de material genético (ADN) de los organismos vivos con el fin de fabricar o modificar un producto, mejorar animales o plantas, o desarrollar microorganismos con capacidades determinadas para usos específicos. El progreso de la biotecnología moderna ha requerido numerosos estudios:
- La tecnología del ADN recombinante.
- Las técnicas de ingeniería genética.
- Las técnicas de clonación celular.
- Las técnicas de cultivo de células y tejidos.
La Tecnología del ADN Recombinante
La tecnología del ADN recombinante comprende una serie de técnicas que permiten manipular el ADN. Además, incluye las técnicas necesarias con las que se puede insertar un fragmento de ADN que proviene de un organismo donante en otra molécula de ADN llamada vector.
El ADN recombinante es cualquier molécula de ADN formada por la unión de segmentos de ADN de origen diferente.
Enzimas
Las enzimas son un tipo de proteínas que han sido identificadas y purificadas por los científicos para usarlas en los laboratorios. Las enzimas de restricción son sintetizadas por las bacterias para proteger su ADN de un ADN invasor. Las ligasas son enzimas que unen distintos fragmentos de ADN pegando sus extremos.
Electroforesis en Gel de Agarosa
La electroforesis en gel de agarosa separa una mezcla de moléculas de ADN en bandas, cada una de ellas formada por miles de moléculas de ADN de la misma longitud. Esta técnica permite obtener el patrón de bandas característico y exclusivo del ADN de cualquier organismo, al que se denomina huella génica, que se utiliza para investigar la autoría de un delito, establecer la paternidad y ayudar a los historiadores a resolver antiguos misterios.
Hibridación del ADN
La hibridación del ADN es el proceso en el que dos hebras de ADN de cadena sencilla, con una secuencia de bases complementaria, se unen para originar una molécula de ADN de cadena doble correctamente apareada. Una sonda de ADN es un fragmento artificial de ADN de cadena sencilla marcada con radiactividad.
Biochips
Los biochips son láminas de vidrio donde se fija, en cada una de sus microscópicas celdas, una cantidad ínfima de fragmento de ADN de cadena simple cuya secuencia de nucleótidos actúa como sonda para un gen determinado. La tecnología de los biochips se utiliza para:
- Detectar mutaciones.
- Controlar la expresión de los genes.
- Diagnosticar enfermedades infecciosas.
- Personalizar el tratamiento con medicamentos.
- Sugerir nuevas técnicas diagnósticas o terapias.
Clonación de un Fragmento de ADN
La clonación de un fragmento de ADN consiste en la obtención de miles de millones de copias idénticas de dicho fragmento. Un vector de clonación es una molécula de ADN pequeña capaz de entrar en una bacteria y de autorreplicarse dentro de ella.
Método de Clonación
- El plásmido y el ADN que se quiere clonar se cortan con la misma enzima de restricción. Con los plásmidos cortados y los fragmentos de ADN se obtienen plásmidos recombinantes que se incuban con un cultivo de bacterias en las condiciones adecuadas para que cada una de ellas incorpore solamente un plásmido recombinante. Este proceso se denomina transformación.
- Como los plásmidos llevan un gen que les confiere resistencia a un antibiótico, las bacterias transformadas pueden ser seleccionadas colocándolas en placas de cultivo en un medio que contiene el antibiótico.
- Cada colonia de bacterias transformada se aísla y se mantiene en condiciones de crecimiento. A medida que las bacterias se duplican, también se duplica el número de plásmidos recombinantes y los fragmentos de ADN que lleva insertados.
PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa)
El PCR es una reacción en cadena que origina millones de copias de un segmento específico de ADN mediante la repetición de múltiples ciclos de replicación del ADN in vitro. Es una herramienta utilizada para amplificar segmentos de ADN a partir de una extensa diversidad de fuentes con el fin de realizar, por ejemplo, un diagnóstico prenatal de enfermedades genéticas.
Las Técnicas de Ingeniería Genética
Las técnicas de ingeniería genética son un conjunto de procedimientos que permiten la manipulación del ADN. Mediante estas técnicas se pueden transferir genes entre especies distintas, de un organismo a cualquier otro. Los OGM (organismos genéticamente modificados) son organismos que contienen un gen procedente de otro organismo o transgén.
Plantas Transgénicas
Son aquellas que han sido elaboradas a partir de materias primas que contienen OGM o que contienen algún aditivo o ingrediente que proviene de un OGM.
Alimentos Transgénicos
Son aquellos que fueron producidos a través de un organismo modificado genéticamente mediante ingeniería genética.
La Terapia Génica
La terapia génica tiene como objetivo tratar, curar y prevenir enfermedades producidas por un solo gen defectuoso, introduciendo en el paciente un gen terapéutico o funcional. Existen dos tipos:
- Terapia génica somática: con ella se intenta corregir una enfermedad tratando algunas células del cuerpo de la persona enferma, de modo que la existencia de unas cuantas células transgénicas puede ser bastante para disminuir los síntomas de la enfermedad.
- Terapia génica de la línea germinal: consiste en introducir células transgénicas en un óvulo fecundado, de modo que cualquier gen terapéutico formará parte del código genético de todas las células del cuerpo, incluidas las de la línea germinal futura.
La Clonación
La clonación es el proceso por el cual se producen organismos genéticamente idénticos entre sí e idénticos al organismo original del que proceden. Algunos seres pueden reproducirse asexualmente y originar copias exactas de sí mismos o clones naturales. La biotecnología actual permite crear clones de animales gracias a una técnica que se conoce como clonación reproductiva.
Células Madre
Las células madre son aquellas células capaces de dividirse indefinidamente produciendo nuevas células madre, y tienen la capacidad de diferenciarse en otros tipos de células, para formar órganos para transplante, como en casos de cáncer, Parkinson, Alzheimer, etc.
Tipos de Células Madre
Según el Grado de Desarrollo y Diferenciación:
- Células totipotentes: son células embrionarias que provienen de la mórula. A partir de estas células se forma un individuo completo. Estas células aún no se utilizan.
- Células madre pluripotentes: son células embrionarias que provienen de la blástula. Estas células madre dan lugar a todos los tipos de tejidos.
- Células madre multipotentes: son células que se encuentran o provienen de los tejidos adultos. Son células que dan lugar a otras células. Son células madre que se están utilizando para salvar vidas; se encuentran en el cordón umbilical, en el cerebro, etc.
Según su Origen:
- Células madre embrionarias: son células que proceden de un embrión; se pueden obtener de embriones clonados o embriones congelados. Hay dos tipos: células madre totipotentes, que se obtienen de la mórula, y células madre pluripotentes, que se obtienen de la blástula.
- Células madre germinales: se localizan en los testículos y los ovarios. Se extraen las células y se transforman en células madre pluripotentes, es decir, a través de estas células madre podemos obtener varios tipos de células madre.
- Células madre adultas: son células multipotentes, capaces de originar muchos tipos de células, pero no todas.
- Células madre de pluripotencialidad inducida (cPi): descubiertas en 2007, son células embrionarias que se obtienen mediante la piel, pluripotentes, capaces de diferenciarse en más de 200 tipos celulares.
El Genoma Humano
El genoma humano es el conjunto de todos los genes que posee nuestra especie, distribuidos en los 23 pares de cromosomas que tenemos en nuestras células.
La Bioética
La bioética es una actividad multidisciplinar que estudia los problemas éticos que surgen en la aplicación de las ciencias biomédicas y sus tecnologías, que pueden influir y modificar la vida humana y la de otros organismos.