Resumen Breve
Este video explica el ADN, su estructura bioquímica, las formas que puede adoptar y el dogma central de la biología molecular. Se explica la replicación del ADN, incluyendo las enzimas involucradas y el proceso semiconservativo.
- El ADN es un ácido nucleico que contiene las instrucciones genéticas para el desarrollo y funcionamiento de los seres vivos.
- Bioquímicamente, el ADN está conformado por nucleótidos, cada uno con una base nitrogenada, un azúcar desoxirribosa y un grupo fosfato.
- El dogma central de la biología molecular describe el flujo de información genética: replicación, transcripción y traducción.
Introducción al ADN y la Genética
La genética es la ciencia que estudia la transmisión de genes de una generación a otra. Un gen es una sección específica del ADN, que es un ácido nucleico con las instrucciones genéticas para el desarrollo y funcionamiento de los seres vivos. El ADN actúa como un instructivo para las células, determinando su función, respuesta a estímulos, apariencia y posibles enfermedades. Es responsable de la transmisión de genes de manera específica. El ADN es un almacén a largo plazo y un molde para la creación de proteínas a través del ARN.
Conformación Bioquímica del ADN
El ADN está conformado por nucleótidos, que son su unidad básica. Cada nucleótido contiene una base nitrogenada (adenina, timina, citosina o guanina), un azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa) y un grupo fosfato. El ADN tiene dos cadenas antiparalelas, que corren en direcciones opuestas (5' a 3'). Las bases nitrogenadas se unen en parejas específicas: adenina con timina y citosina con guanina, a través de puentes de hidrógeno. Aunque gran parte del ADN no codifica proteínas, esta porción tiene funciones reguladoras y protectoras. El ser humano tiene entre 20,000 y 25,000 genes, menos que otras especies como el ajolote.
Exones, Intrones y Estructura del ADN
Los exones son secciones del ADN que no codifican proteínas y protegen las secciones que sí lo hacen (intrones). Antes de formar una proteína, los exones deben eliminarse para que los intrones puedan unirse correctamente. El ADN mide aproximadamente 2 metros de largo, y para caber en el núcleo microscópico de una célula, puede adoptar diferentes formas. El ARN es similar al ADN pero más corto y con diferentes tipos (transferencia, ribosomal, interferencia y mensajero). El ADN se encuentra en el núcleo y las mitocondrias, con ADN nuclear heredado de ambos padres y ADN mitocondrial heredado solo de la madre.
Nucleótidos, Bases Nitrogenadas y Diferencias entre ADN y ARN
Los nucleótidos se dividen en purinas y pirimidinas, contribuyen a la síntesis de proteínas y regulan rutas metabólicas. Las bases nitrogenadas, que contienen la información genética, se dividen en púricas (adenina y guanina) y pirimídicas (citosina, timina y uracilo). El uracilo se encuentra solo en el ARN y reemplaza a la timina. En el ADN, la adenina se une a la timina y la guanina a la citosina, mientras que en el ARN, la adenina se une al uracilo.
Formas del ADN: Hélices A, B y Z
El ADN puede tener diferentes formas de hélice. La hélice A no codificante gira hacia la derecha. La doble hélice B, que es la forma normal, también gira hacia la derecha y permite la síntesis de proteínas y la transmisión genética. La diferencia entre las hélices A y B radica en su inclinación. La hélice Z gira hacia la izquierda y no es funcional en seres vivos, pero está presente en algunos virus. La estructura terciaria del ADN implica el enrollamiento en proteínas llamadas histonas para caber en el núcleo celular. La estructura cuaternaria forma solenoides, que constituyen parte de los brazos de los cromosomas.
Dogma Central de la Biología Molecular y Replicación del ADN
El dogma central de la biología molecular describe el flujo de información genética. Originalmente, se consideraba una ley inamovible: el ADN se replica, se transcribe en ARN y luego se traduce en proteínas. Sin embargo, esta visión ha evolucionado. La replicación es esencial para transmitir genes a la siguiente célula y generación. El ADN debe permanecer en el núcleo para evitar la degradación por enzimas citoplasmáticas. La replicación del ADN ocurre durante el ciclo celular para asegurar que las células hijas tengan el mismo material genético.
Evolución del Dogma Central y Excepciones
El dogma central, propuesto por Francis Crick, ha sido modificado debido a los virus y priones. Los virus, que no son seres vivos, necesitan la maquinaria celular para reproducirse. Algunos virus de ARN pueden transformarse en ADN mediante la transcriptasa inversa e insertarse en el núcleo celular. Los priones, proteínas infecciosas, pueden replicarse o inducir la formación de proteínas similares, causando enfermedades neurodegenerativas.
Inicio de la Replicación del ADN
La replicación del ADN es unidireccional y antiparalela. Se inicia en múltiples secciones del ADN simultáneamente para acelerar el proceso. La replicación es semiconservativa, lo que significa que cada nueva copia de ADN contiene una cadena original. La enzima helicasa rompe los puentes de hidrógeno entre las cadenas de ADN, permitiendo la separación de las hebras.
Proceso de Replicación del ADN y Enzimas Involucradas
La replicación del ADN es semiconservativa porque cada nueva doble hélice contiene una hebra original y una nueva. La helicasa separa las hebras de ADN rompiendo los puentes de hidrógeno. El dogma central ha evolucionado, y la replicación del ADN es la base para crear vacunas de ARN. Estas vacunas introducen ARN que instruye a las células a crear proteínas virales, estimulando la producción de anticuerpos.
Propuestas del Dogma Central y Modificaciones
La propuesta original del dogma central era unidireccional: ADN se replica, se transcribe en ARN y se traduce en proteínas. Sin embargo, se modificó al descubrir virus que transforman ARN en ADN mediante la transcriptasa inversa. También se sabe que ciertos ARN pueden replicarse a sí mismos. Los priones representan otra excepción, ya que una proteína puede inducir la formación de más proteínas similares.
Replicación del ADN: Proceso Detallado y Enzimas
La replicación del ADN es semiconservativa y bidireccional. Se inicia con la topoisomerasa, que relaja la hebra de ADN. La helicasa rompe los puentes de hidrógeno en los orígenes de replicación (ORC). Las proteínas SSB estabilizadoras evitan que las hebras se vuelvan a unir. La girasa evita que el ADN se vuelva a enrollar. Para iniciar la formación de una nueva hebra, se necesita un molde de ARN llamado cebador.
Formación de la Nueva Cadena de ADN y Fragmentos de Okazaki
El cebador de ARN se coloca en el origen de replicación y es complementario a la secuencia de ADN. La ADN polimerasa 3 forma la nueva cadena complementaria. Si la polimerasa 3 comete errores, la ADN polimerasa 2 los corrige. La ADN polimerasa 1 reemplaza el cebador de ARN con ADN. Los fragmentos de Okazaki son secciones separadas que se forman durante la replicación y luego se unen.
Finalización de la Replicación y Resumen del Proceso
La ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki para formar una cadena continua. Al finalizar la replicación, se obtienen dos copias de ADN con el mismo material genético que la hebra original, conservando la mitad de la hebra original. En resumen, la topoisomerasa relaja la hebra, la helicasa rompe las uniones, las proteínas SSB evitan que se vuelva a unir, el cebador inicia la replicación, la polimerasa 3 forma la nueva cadena, la polimerasa 2 corrige errores, la polimerasa 1 reemplaza el cebador y la ligasa une los fragmentos de Okazaki.
