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Estructura del ADN.
Al ácido desoxirribonucleico (ADN) se le considera la base molecular de la vida, ya
que constituye las unidades hereditarias que llamamos genes. El color de la piel, el tipo
de sangre, la habilidad para pintar, etc., son características transmitidas a los hijos por el
ADN de los padres.
En las células eucariontes (células con núcleo organizado), el ADN se localiza
principalmente en los cromosomas, a su vez, ubicados dentro del núcleo.
El ADN está formado por dos cadenas, cada una constituida por miles de nucleótidos
unidos por enlaces covalentes que se establecen entre el azúcar de un nucleótido y el
grupo fosfato siguiente.
Cada nucleótido de ADN contiene un fosfato, un azúcar de 5 carbonos, llamado
desoxirribosa, y una base nitrogenada. A lo largo de una molécula de ADN, los grupos
fosfatos y los azúcares son idénticos; sin embargo, las bases nitrogenadas son
diferentes. En el ADN existen cuatro tipos de bases: adenina (A), guanina (G), citosina
(C) y timina (T). La adenina y guanina reciben el nombre de bases púricas o purinas,
mientras que la citosina y la timina se llaman bases pirimídicas o pirimidinas.
Por lo tanto, en el ADN se encuentran los siguientes cuatro tipos de nucleótidos que
difieren únicamente en la base nitrogenada de su composición.
Fosfato + desoxirribosa + adenina = nucleótido de adenina
Fosfato + desoxirribosa + timina = nucleótido de timina
Fosfato + desoxirribosa + guanina = nucleótido de guanina
Fosfato + desoxirribosa + citosina = nucleótido de citosina
Modelo de Watson y Crick
En 1953, dos notables investigadores de la Universidad de Cambridge, James Watson,
biólogo estadounidense, y Francis Crick, biofísico británico, propusieron un modelo para
explicar la disposición de los nucleótidos en el ADN, por lo que ambos recibieron el
Premio Nobel en 1962.
El descubrimiento de la estructura del ADN propuesto por Watson y Crick, se resume en
los siguientes puntos:
1. El ADN está constituido por dos largas cadenas de nucleótidos, alineadas y
enrolladas una sobre otra, que forman una hélice doble alrededor de un eje
común. La estructura de la molécula es semejante a una escalera de caracol. En
donde los grupos fosfato y los azúcares constituyen los barandales de la escalera,
y las bases nitrogenadas forman los peldaños. Cada 10 pares de bases completa
una vuelta de la doble hélice.
2. Las dos cadenas se unen mediante puentes de hidrógeno, de modo que una base
de una cadena queda enfrente de otra base complementaria.
3. Una base que forma parte de una cadena de nucleótidos, sólo se une con otra
base de la otra cadena. Siempre se unirán adenina con timina y citosina con
guanina (A-T y C-G). Entre la citosina y la guanina se establecen tres puentes de
hidrógeno, y entre la adenina y la timina, sólo se establecen dos.
En el siguiente esquema se ejemplifica un poco más de lo que estamos hablando:
Estructura del ARN.
El ácido ribonucleico (ARN), se produce a partir del ADN. Está constituido por una sola
cadena de nucleótidos, y no tiene la forma de doble hélice como el ADN. Se localiza
principalmente en el citoplasma y ribosomas de las células procariontes. En las células
eucariontes, se encuentra en el citoplasma, ribosomas y en el nucleólo.
De la misma manera que en el ADN, en el ARN existen cuatro tipos de bases
nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y uracilo, que sustituye a la timina del ADN.
Además, el azúcar del ARN corresponde a la ribosa, en lugar de la desoxirribosa del
ADN.
Comparación entre ADN y ARN.
Ácido
nucleico
No. de
cadenas
Tipos
Azúcar
Bases
nitrogenadas
Localización
Función
ADN
Dos
Sólo uno:
como doble
hélice.
Desoxirribosa
Adenina
Citosina
Guanina
Timina
Cromosomas,
mitocondrias,
cloroplastos,
y virus.
Control de
actividades
celulares
Herencia y
autoduplicación.
ARN
Una
Tres:
Mensajero,
de
transferencia
y ribosomal.
Ribosa
Adenina
Citosina
Guanina
Uracilo
Ribosomas,
nucléolo,
citoplasma,
y virus.
Intermediario
en la síntesis
de proteínas.
En el siguiente esquema se muestra más detalladamente el cuadro anterior:
Síntesis de Proteínas.
Algunas de las funciones que lleva a cabo la célula son: el transporte a través de la
membrana, la respiración celular, la fotosíntesis, la replicación del ADN, la comunicación,
etcétera.
Otra función celular importante es la síntesis de proteínas, que permite la formación de
todas las proteínas que requiere la célula. El ADN se encarga de proporcionar las
instrucciones para que se fabrique una proteína, ya que su síntesis está dictada por el
código genético; por ello cada proteína es la encargada específica de una actividad
biológica concreta de la célula.
La síntesis de proteínas se lleva a cabo en dos etapas: Transcripción y Traducción,
mismas que se realiza en tres etapas: iniciación, elongación y terminación.
La transcripción se define como el proceso en el que un gen determinado (parte de la
información genética) es copiado por el ARNm y llevado al ribosoma para formar la
proteína requerida.
Puesto que transcribir es pasar datos de un formato a otro, en este caso se trata de
pasar el código del ADN (A,T,G,C) al lenguaje ARN (A,U,G,C).
Iniciación Cuando la célula requiere cierta proteína pide al ARN polimerasa que copie la
información del ADN, pues éste no puede salir del núcleo. Entonces la enzima ARN
polimerasa localiza al gen que debe copiarse.
Elongación La ARN polimerasa copia en su código el gen, tras determinar el orden en
el que se unirán los aminoácidos que formarán la proteína requerida.
En el ADN la información está codificada en tripletes (unión de tres bases nitrogenadas,
AGC, AAA y AGC), por lo que una vez hecho lo anterior la cadena de ADN vuelve a
cerrarse y el ARNm trae consigo la información de los tripletes, ahora llamados
codones. Recuérdese que el abecedario del ADN es A,T,G,C y el del ARN A,U, G, C.
Terminación. En la terminación se copia el gen hasta el punto en que se encuentre una
señal de alto en él. El ARNm sale del núcleo a través de los poros de la membrana
nuclear y va al citoplasma en busca de un ribosoma para empezar la traducción.
La traducción es el proceso por el que se cambia del código del ARNm al de los
aminoácidos. Por ejemplo, del codón AUG al aminoácido metionina.
El organelo principal donde se lleva acabo la traducción es el ribosoma, el cual está
constituido por dos subunidades separadas, una pequeña y una grande, que se
ensamblan cuando existe un ARNm. La subunidad grande consta de tres sitios
importantes: el sitio A (de aminoácidos), donde se colocan los aminoácidos que trae el
ARNt; el sitio P (de polipéptido), donde se van colocando ordenadamente los
aminoácidos unidos, y el sitio C o catalítico, donde se forman la unión de los
aminoácidos.
En esta imagen se puede observar lo que se explicaba con anterioridad:
Iniciación La traducción comienza cuando llega el ARNm a la subunidad pequeña del
ribosoma (que lleva en el extremo 5’ una metil-guanosín trifosfato para que el ribosoma lo
reconozca), la cual se encuentra libre en el citoplasma; entonces se coloca en él para
leerlo.
El ARNt ya está preparado con el aminoácido de inicio, que es siempre AUG
metionina, con el que empiezan todas las proteínas.
=
Elongación La serie de tres bases en el ARNt se conoce como anticodón. Los
anticodones del ARNt se unen a los codones del ARNm. El ARNt coloca el aminoácido
metionina en el codón que le corresponde del ARN m, lee el siguiente codón y trae el
aminoácido respectivo, que se encuentra en el citoplasma, para colocarlo en la
subunidad grande del ribosoma, en el sitio A, específicamente. La metionina y el
siguiente aminoácido quedan unidos entre sí, en el sitio C, y se colocan ambos en el sitio
P.
La cadena de ARNm que se va leyendo sale de la subunidad pequeña, mientras en el
sitio P se va formando otra cadena de aminoácidos para la nueva proteína. Llega
entonces el ARNt con el siguiente aminoácido y lo coloca en el sitio A, en tanto que los
que estaban en el sitio P se unen a él en el sitio C y luego pasan los tres al sitio P, y así
sucesivamente.
Terminación. Existen tres codones que no codifican para aminoácidos, sino que tienen
la instrucción de terminación o “alto”, por lo que permiten la terminación de la cadena de
aminoácidos. Cuando aparece uno de ellos significa que se ha terminado de formar la
proteína; en ese momento la cadena de aminoácidos sale del ribosoma y se tiene así la
proteína necesaria.
Se separan entonces las dos subunidades del ribosoma, con lo que concluye la
biosíntesis.
Es preciso aclarar que al término de esta etapa la proteína recién formada que se
exportará o quedará en la membrana citoplasmática deberá pasar todavía por un
proceso de maduración a través del Aparato de Golgi.
En la siguiente imagen se muestra más detalladamente de lo que estamos hablando: