Biotecnología tradicional y alimentación La biotecnología comprende una amplia variedad de técnicas que utilizan sistemas biológicos, organismos vivos o sus componentes, para la obtención de productos y servicios para usos específicos. En su sentido más amplio, la biotecnología es aplicada por el hombre hace ya miles de años en la obtención de alimentos. El pan, la cerveza, el queso y el vino, resultantes de procesos de fermentación por la acción de bacterias y hongos (ver Cuaderno Nº 53), eran parte esencial de la dieta en las civilizaciones ancestrales como lo son actualmente. Sin embargo, en aquella época no se conocía acerca de los microorganismos ni de los procesos metabólicos que realizan. No fue sino hasta la segunda mitad del siglo XIX cuando Luis Pasteur demuestra que estos procesos son consecuencia de la actividad microbiana. Entonces, se incluye a los procesos de fermentación dentro de la biotecnología tradicional. También se incluye dentro de la denominación de biotecnología tradicional otras técnicas como la selección artificial y los cruzamientos selectivos (hibridación) y la mutagénesis, que intervienen en los procesos productivos, y en la transformación genética de especies que se utilizan en la industria alimenticia . Evidencias históricas de la fermentación aplicada a la alimentación Existen evidencias arqueológicas y botánicas a partir de restos de semillas, prácticas y herramientas agrícolas que revelan habilidades rudimentarias en el arte de la fermentación microbiana en la Mesopotamia, alrededor del año 6000 a.C. La preparación de unas 38 comidas y bebidas alcohólicas tradicionales de los indígenas de Asia, África y América Latina involucraban la utilización de un sustrato rico en almidón para la producción de azúcares fermentables por levaduras y bacterias. Incluso, en tumbas de miembros de la corte del rey egipcio Nyuserre Ini (2453-2422 a.C.) se encontraron fórmulas para la producción de cerveza, descriptas por el alquimista Zosimus en el siglo III d.C. Desde entonces hasta la actualidad, gran parte de la alimentación humana está relacionada con el proceso de fermentación microbiana. La siguiente tabla describe algunos alimentos fermentados tradicionales y aporta datos acerca de su elaboración y del contexto sociocultural en que surgen: Inóculo* natural Levadura Producto Sustrato Uso Cerveza Cebada y otros sustratos de almidón Leche fresca Segunda bebida después del té Bebida alimenticia Centeno o cebada fermentados, o pan oscuro de centeno remojado fermentado repollo Bebida de bajo contenido alcohólico Mezcla de lactobacilos y levaduras Levaduras Kefir Kvass Lactobacilos chukrut Mezcla de lactobacilos y levadura Chicha Especies de Leuconostoc Pulque Lactobacilos Queso chaqueño Maíz, batata o plátanos maduros Cactus (aka agave) leche Factor socio-cultural Europa La receta más antigua conocida para fabricar cerveza está escrita en una tabla de 4000 años en un himno a la diosa sumeria de la cerveza Ninkasi. Se cree que los sumerios fueron la primera civilización en fabricar cerveza. Originario de las montañas caucásicas y relacionado a la longevidad de pobladores de Armenia, Azerbaijan y Georgia Bebida nacional rusa alimento Bebida alcohólica “Sahuerkohl”, preparado en los hogares alemanes como comida de invierno, era conocido en China como el alimento de las tropas de Genghis Khan América Latina y el Caribe Característica de la región de los Andes (Bolivia, Colombia, Ecuador, Perú). Esta bebida es consumida actualmente en eventos agrícolas, familiares, sociales y religiosos. Era considerada por los incas como el vehículo que unía al hombre con sus dioses a través de la fecundidad de la tierra Bebida alcohólica Bebida nacional mexicana heredada de los aztecas que la usaban como ofrenda a la diosa Mayahuel alimento El proceso actual para su producción se basa en el que usaran los jesuitas en el siglo XVI en Moxos Pampas, Bolivia. ¿Qué es la fermentación? Se estima que los alimentos fermentados contribuyen aproximadamente con la tercera parte de la dieta mundial. El proceso de fermentación se encuadra dentro de la biotecnología tradicional, que también incluye el mejoramiento por cruzamiento sexual de distintas variedades de plantas y animales, y la mutagénesis (ver cuaderno Nº5). El término fermentación, en su acepción estricta, se refiere a la obtención de energía en ausencia de oxígeno. Pasteur denominó a la fermentación "la vie sans l'air" o "la vida sin aire". En otras palabras, es el proceso de transformación de sustancias orgánicas por los microorganismos (bacterias, levaduras y otros hongos) en condiciones anaeróbicas, o por complejos enzimáticos de origen animal, vegetal o microbiano. Existen diferentes tipos de procesos de fermentación que se denominan según el nombre del producto final que se obtiene. Entre ellos: Fermentación láctica: Se produce en muchas bacterias (bacterias lácticas), también en algunos protozoos y en el músculo esquelético humano. El producto de la reacción es el ácido láctico responsable de la obtención de productos lácteos acidificados como yogurt, quesos, cuajada, crema ácida, etc. El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos. En las células musculares humanas, la acumulación de ácido láctico produce los dolorosos “calambres”. Fermentación alcohólica: Esta fermentación la realizan, por ejemplo, las levaduras del género Saccharomyces. Se obtiene como producto alcohol etílico o etanol, y dióxido de carbono (CO2). Se trata de un proceso de gran importancia industrial que, según el tipo de levadura empleada, da lugar a una variedad de bebidas alcohólicas: cerveza, vino, sidra, etc. También en la fabricación del pan se añade a la masa una cierta cantidad de levadura que, al realizar la fermentación a partir del almidón de la harina, hará que el pan sea más esponjoso por las burbujas de CO2 que se desprenden e inflan la masa. En este último caso el alcohol producido desaparece durante la cocción. Durante el proceso de fermentación, el metabolismo microbiano resulta en la producción de una diversidad de metabolitos (productos intermedios de las reacciones del metabolismo). Entre ellos, enzimas capaces de degradar carbohidratos, proteínas y lípidos, también se producen suplementos y aditivos (vitaminas, conservantes, aromatizantes y colorantes naturales, compuestos antimicrobianos, agentes que aportan textura, aminoácidos y ácidos orgánicos, entre otros). Muchos de estos compuestos son producidos a nivel industrial para utilizarlos en el procesamiento de alimentos (ver Cuaderno Nº 75). Por ejemplo, en la preservación de un amplio rango de materiales crudos (cereales, raíces, tubérculos, frutas y vegetales, leche carne, pescado, etc.), en la producción de alimentos fermentados (queso, yogurt, leches fermentadas, salchichas y salsa de soja, entre otros). Es por ello que muchos grupos de investigación, públicos y estatales, están interesados en la biotecnología aplicada al mejoramiento de la proBiotecnología tradicional en el mejoramiento de los alimentos Los cultivos microbianos, que tienen una larga tradición de utilización en la industria alimentaria, pueden ser mejorados utilizando métodos tradicionales o por ingeniería genética. Estas modificaciones pueden introducir, a su vez, cambios deseados en los productos de consumo. ¿Qué parámetros se pueden mejorar? Entre otros, la calidad sensorial (aroma, apariencia visual, textura y consistencia), la resistencia a virus, la capacidad para producir compuestos antimicrobianos, la degradación o inactivación de toxinas naturales, de micotoxinas y de factores antinutricionales. Los métodos tradicionales para el mejoramiento genético tales como la mutagénesis (también aplicada al mejoramiento de plantas) y la conjugación bacteriana han sido las bases de la industria de desarrollo de inóculos bacterianos (cultivos empleados para iniciar un proceso de fermentación), mientras que la hibridización ha sido usada en el mejoramiento de cepas de levadura utilizadas ampliamente en la industria de la panificación y fabricación de cerveza. Estos métodos se describen a continuación: a) Mutagénesis clásica: Esta metodología involucra la producción de mutantes por la exposición de cepas microbianas a sustancias mutagénicas químicas o rayos ultravioletas que inducen cambios azarosos en sus genomas. Las cepas así producidas son seleccionadas en base a propiedades específicas deseadas, tales como la resistencia a virus. Sin embargo, la mutagénesis puede originar cambios secundarios, no buscados, que podrían influenciar el comportamiento del cultivo durante la fermentación, u otros procesos metabólicos. b) Conjugación: Es un proceso natural donde se transfiere material genético entre especies microbianas emparentadas, como resultado de un contacto físico entre un microorganismo dador y otro aceptor. El intercambio de genes por conjugación permite la transferencia de genes situados en el cromosoma o en plásmidos (molécula de ADN circular extra cromosómica que se encuentra presente en muchas bacterias, y que puede transferirse de una bacteria a otra). c) Hibridización (o reproducción sexual): Las levaduras son hongos unicelulares (eucariotas) que usualmente se reproducen asexualmente por división de sus células, pero también pueden hacerlo “sexualmente” por la fusión de dos células que forman un nuevo organismo unicelular que continúa dividiéndose por mitosis. La reproducción sexual, con el consiguiente fenómeno de recombinación genética, ha llevado a mejoramientos en este tipo de microorganismos. Probióticos y prebióticos: otra aplicación de la biotecnología tradicional Actualmente, es habitual escuchar acerca de los productos “bio”, “probio” y “prebio”, que se promocionan como beneficiosos para la salud. De hecho, existen actualmente en el mercado productos probióticos y prebióticos. ¿Qué son los probióticos? Una de las definiciones más aceptadas es la de “microorganismos vivos que administrados confieren beneficios a la salud del huésped” (FAO, WHO. 2002). Actualmente existe un gran número de probióticos disponibles en los alimentos fermentados, especialmente en los yogures donde las bacterias ácido-lácticas funcionan como habitantes naturales del tracto gastrointestinal y ejercen allí una función de defensa ante potenciales agentes patógenos. Algunas especies de bacterias ácido-lácticas son administradas vivas a los humanos como suplementos dietarios para mejorar la composición de la microbiota intestinal. Se incluyen cepas seleccionadas de Lactobacillus, Bifidobacterium, Lactococcus y Saccharomyces. ¿Qué son los prebióticos? Son ingredientes alimenticios no digeribles o de baja digestión que benefician al organismo huésped estimulando selectivamente la acción de una bacteria benéfica –o de un grupo de ellas- presentes en su intestino. Algunos hidratos de carbono fermentables no digeridos en el intestino delgado cumplen esta función, ya que estimulan el crecimiento de bifidobacteriasentre otras. Algunos microorganismos asociados a los alimentos fermentados, en particular distintas cepas de Lactobacilos, son prebióticos, es decir, utilizados como suplementos dietarios microbianos vivos o como ingredientes en la alimentación que tienen efecto beneficioso en el huésped al influenciar la composición y/o actividad metabólica de la flora del tracto gastrointestinal. Otras aplicaciones de la biotecnología tradicional a la alimentación La biotecnología tradicional también interviene en el mejoramiento de cultivos y de especies animales que forman parte de la alimentación. De hecho, la gran mayoría de los cultivos que utiliza el agricultor en la actualidad han sido generados desde hace miles de años por métodos convencionales, como la selección artificial y la hibridación (cruzamientos selectivos) que aprovechan la diversidad y promueven la reproducción y la supervivencia de determinadas especies o variedades que resultan favorables. También en la actividad ganadera se seleccionan artificialmente y se cruzan determinados ejemplares que resultan más productivos o que ofrecen productos de mejor calidad. A los métodos tradicionales de modificación genética, se suma en la actualidad la biotecnología moderna como una herramienta más que emplea técnicas de ingeniería genética para el mejoramiento de especies y la obtención de productos con múltiples aplicaciones en la agricult Actividad 1. Repaso de conceptos Para esta actividad se sugiere pedir previamente que los alumnos traigan etiquetas de productos lácteos “bio” para analizar el envase y la información que ofrece al consumidor. En este caso, se muestra una etiqueta de un producto y se sugieren preguntas: ura, la salud, el ambiente y en diferentes industrias ducción, calidad y rendimiento de metabolitos microbianos. 2.¿Cómo se elabora. 3.¿Por qué se considera este producto dentro de la biotecnología tradicional? 4.¿A qué hace referencia el término “bio”? 5.¿Por qué se asocia con la salud? 6.¿Qué significa el término probiótico? 7.Mencionar algunas cepas de probióticos de uso habitual. . 8.¿Son estos microorganismos los mismos que intervienen en la elaboración del yogurt al realizar el proceso de fermentación? Actividad Nº2 Práctica: Elaboración de queso de untar Este tipo de queso se puede elaborar añadiendo un agente acidificante a la leche (limón o vinagre) o empleando bacterias ácido lácticas. El empleo de las bacterias ofrece la ventaja de que es la lactosa (azúcar de la leche) la que se metaboliza produciendo un sabor, una textura y una digestibilidad superior a la del producto obtenido por la simple acidificación. Como consecuencia de la fermentación, en la cual las bacterias degradan el azúcar de la leche (lactosa) se obtiene ácido láctico. Un aumento en la acidez de la leche estimula la acción de enzimas que causan la coagulación de las proteínas lácticas (fundamentalmente caseína) y esto resulta en la formación de estructuras de mayor tamaño que se separan de la parte acuosa de la leche (suero). Además, la acidez inhibe el desarrollo de gérmenes indeseables, incluyendo los potencialmente patógenos. El queso que se obtiene en este caso tiene un sabor marcadamente ácido y su estructura es muy blanda. Nota: se puede probar aumentar o disminuir las dosis de fermento, los tiempos de acidificación y de cuajado, trabajar a diferentes temperaturas y dejar madurar el queso bajo diferentes circunstancias para llegar a realizar una gama amplia de productos. Material necesario: • • • • • • • • • • 1 litro de leche Olla grande para el baño María si la temperatura es inferior a 22 ºC Recipiente de plástico, acero inoxidable o vidrio. No se recomienda la porcelana, ni el aluminio, ni cualquier recipiente que pueda ser afectado por la acción del ácido o no se pueda limpiar con facilidad. Gasa Fermento (bacterias lácticas). Se pueden adquirir o emplear un yogur comercial ácido. Cucharón Colador Cuchillo de punta Cuchara sopera Termómetro (rango de 0ºC a 100ºC) Proceso de elaboración: Pasteurizar la leche si se trabaja con leche no comercial : calentar la leche hasta 70ºC al baño María -nunca directamente- y mantener esta temperatura de 1 a 3 minutos. Enfriar rápidamente introduciendo el recipiente de la leche en agua fría. Bajar la temperatura hasta los 30ºC . Tomar 1 o 2 litros de leche pasteurizada y templarla a baño María hasta unos 30º C aproximadamente. Tomar la dosis de fermento iniciador y diluirla en una cucharada de leche tibia. Del fermento iniciador se debe añadir una cucharita por cada 1 o 2 litros de leche. Dejar reposar la mezcla en un sitio tibio (nunca inferior a 20ºC ni superior a 35ºC) durante 8 a 24 horas según la temperatura ambiente. Es conveniente cubrir con una tela o trapo para permitir que la leche se airee pero evitar que se ensucie. La cuajada está lista para desuerar cuando al introducir el cuchillo y levantar la punta hacia arriba se produce una grieta en la superficie. Esto significará que la leche se ha coagulado o “solidificado” y por lo tanto la cuajada está a punto. Humedecer con agua la gasa de quesería y forrar con ella el colador. Sacar con cuidado la cuajada y depositarla sobre la tela. Si fuera necesario, tomar la tela por sus extremos y levantarla ligeramente para destaponar la parte de la gasa que está en contacto con la cuajada y dejar salir el suero. El tiempo de desuerado es muy variable y depende de la consistencia buscada y la temperatura ambiente. Llevará entre 4 y 8 horas. Al enfriarse, el queso se endurece. Cuando el queso tenga la consistencia deseada es posible añadirle condimentos (sal, pimienta, ajo, orégano, finas hierbas, etc.), y luego se envasa en un recipiente hermético para colocarlo en la heladera donde se conservará hasta 10 días. Preguntas para el análisis de la experiencia: a)¿En qué consiste el proceso de pasteurización. a)¿Por qué se requiere de la pasteurización de la leche no comercial? b)¿Cuál es la acción de las bacterias lácticasc)¿Por qué el fermento se debe diluir en agua tibia (ni muy fría ni muy caliente)? d)¿Por qué se pone límites de temperatura entre 20ºC y 35ºC? . e)¿Por qué el producto resultante tiene sabor ácido? f)¿Cuál podría ser la causa de que el queso resulte demasiado ácido, y cómo se podría solucionar? g)Si el queso queda muy acuoso puede ser porque no ha habido suficiente tiempo de fermentación, porque no se dejó suficiente tiempo para separar el suero, o porque se realizó en un ambiente muy frío. Explicar la relación entre la consistencia del queso elaborado y los motivos que se afirma en esta frase. . Actividad 3. Probióticos en la prensa. Análisis de un texto Encuentro científico: discutieron sobre los beneficios para la salud de los probióticos Alimentos que previenen enfermedades Investigadores de diferentes países estudian los efectos de las leches fermentadas sobre el sistema inmune • • • Los alimentos funcionales tienen efectos saludables, más allá de sus propiedades nutricionales Muchos incorporan organismos vivos o probióticos Las investigaciones todavía son incipientes CIUDAD DE MEXICO.- En el país al que el mundo le debe el maíz, el aguacate, el tomate, el cacao y los frijoles, un nutrido grupo de expertos de más de diez naciones se reunió para dar una mirada científica a una producción que, a paso firme, está creciendo entre un 15 y un 20% anual: la de los alimentos funcionales. En el Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zurbarán unos 300 especialistas de México, la Argentina, España, Italia, India, Reino Unido, Guatemala, Marruecos, Estados Unidos y Nueva Zelanda participaron del simposio "Alimentos fermentados y funciones digestivas saludables", que tuvo como principales protagonistas a los probióticos, organismos vivos -principalmente bacterias- que al incorporarse a los alimentos ejercen beneficios que exceden sus propiedades nutricionales básicas. Según los expertos, estos organismos vivos que habitualmente se incorporan a las leches fermentadas podrían ayudar a prevenir enfermedades como el cáncer, las alergias y la anemia, y a combatir la malnutrición en la infancia. Bacterias saludables Al menos dos mitos populares fueron derribados en la sala de conferencias. El primero dice que las bacterias son siempre enemigas. Pero el ser humano alberga alrededor de 100 millones de estos microorganismos de 400 especies diferentes. El 95% de ellos habita en el tracto digestivo, principalmente en el colon. La flora intestinal es un ecosistema complejo que posee estos y otros microorganismos divididos en dos grupos: los efectivamente patógeneos y los capaces de promover efectos benéficos, como la fermentación de los residuos de la dieta, la generación de sustancias que permiten recuperar energía, la estimulación del sistema de defensas y el efecto barrera contra los colonización de los microorganismos dañinos. El segundo mito afirma que fermentado es sinónimo de putrefacto. Sin embargo, las ventajas de la fermentación se conocen desde hace siglos. Los turcos fueron los primeros en observarlas: inventaron el yogur, la más común de las leches fermentadas, cuyas bondades más difundidas han sido su contribución a la modulación de la flora intestinal, así como al tratamiento de diarreas y de personas con intolerancia a la lactosa de la leche, un trastorno ocasionado por deficiencias en la enzima intestinal lactasa que afecta a más del 80% de los adultos y al 15% de la población infantil. A comienzos de los 90, el premio Nobel Ilya Metchnikoff relacionó la longevidad de ciertos pueblos caucásicos con el consumo de grandes cantidades de yogur. A partir de 1930 se describieron diversos microorganismos que ejercen funciones probióticas, como los lactobacilos y las bifidobacterias. Ahora, a la luz de la necesidad constante de nuevos tratamientos para viejas enfermedades y de la resistencia bacteriana, los científicos comienzan a investigar los alcances que podrían tener los alimentos funcionales en la prevención y el tratamiento de problemas de salud. La tarea es incipiente, y un buen indicador de que todavía queda mucho camino por recorrer es que mientras las compañías farmacéuticas invierten entre un 15 y un 20% en investigación, las alimentarias todavía destinan a ese rubro sólo el 1,5% de sus ganancias. De todos modos, los científicos afirman que los probióticos forman parte de una nueva filosofía de la alimentación. Hasta hace 20 años, los alimentos debían satisfacer el hambre; luego se comenzó a hablar de su aspecto nutritivo y, en la actualidad, se espera que cumplan nuevas funciones en beneficio de la salud... La doctora Gabriela Perdigón, del Centro de Eferbna Referencia para Lactobacilos (Cerela-Conicet) de la provincia de Tucumán, explicó: "Estamos estudiando en ratones la actividad antitumoral del yogur. Y descubrimos que algunos lactobacilos inducen diferentes respuestas inmunes". Un trabajo conjunto del Instituto de Nutrición y Bromatología de Madrid, España, y la Facultad de Ciencias Farmacéuticas y Biológicas de Paris, Francia, concluyó que "el yogur estimula la producción de interferón", una proteína que protege las células y que se emplea (cuando se fabrica en laboratorio) en el tratamiento del cáncer y de otras patologías.... Sin embargo, el desafío será encarar, en un futuro próximo, grandes estudios clínicos que verifiquen en grandes grupos poblacionales los alcances de los alimentos fermentados y otros alimentos funcionales. 1.¿A qué se denomina “alimentos funcionales”? 2.¿De dónde proviene la información que se reproduce en esta nota periodística y cuáles son las fuentes consultadas? 3.¿Cuáles son las creencias populares que se derriban a partir de losa conocimientos en este tema? 4.¿Cuáles son las funciones que cumplen los microorganismos que habitan normalmente el organismo humano? 5.¿A qué hace referencia el artículo con “resistencia bacteriana” y en qué podrían contribuir los alimentos funcionales? 6.¿Qué efectos se le atribuyeron a este tipo de alimentos en el encuentro de científicos? 7.El artículo refleja la cautela que manifiestan los investigadores acerca de estas investigaciones. ¿Cuáles son estas actitudes cautas que se expresan en el texto 8.¿La respuesta anterior se contradice con el sentido que transmite el título de la nota? ADN, genes y código genético Del ADN a la biotecnología moderna El conocimiento del ADN (ácido desoxirribonucleico), su estructura y función, fue determinante para el desarrollo de la biotecnología moderna. La estructura de doble hélice del ADN, que los investigadores James Watson y Francis Crick propusieran en 1953 proporcionó respuestas a muchas preguntas que se tenían sobre la herencia. Predijo la autorreplicación del material genético y la idea de que la información genética estaba contenida en la secuencia de las bases que conforman el ADN. Más aún, con el correr de los años y de las investigaciones, se pudo determinar que todos los seres vivos contienen un ADN similar, formado a partir de las mismas unidades: los nucleótidos. Este código genético mediante el cual se “escriben” las instrucciones celulares es común a todos los organismos. Es decir que el ADN de un ser humano puede ser “leído” dentro de una bacteria, y una planta puede interpretar la información genética de otra planta diferente. A esta propiedad de la información genética se la conoce como “universalidad del código genético”. El código genético universal es uno de los conceptos básicos para comprender los procesos de la biotecnología moderna. Por ejemplo, la posibilidad de generar organismos transgénicos, y que las instrucciones del ADN de un organismo puedan determinar nuevas características en organismos totalmente diferentes. La función del ADN El ADN tiene la función de “guardar información”. Es decir, contiene las instrucciones que determinan la forma y características de un organismo y sus funciones. Además, a través del ADN se transmiten esas características a los descendientes durante la reproducción, tanto sexual como asexual. Todas las células, procariotas y eucariotas, contienen ADN en sus células. En las células eucariotas el ADN está contenido dentro del núcleo celular, mientras que en las células procariotas, que no tienen un núcleo definido, el material genético está disperso en el citoplasma celular. La estructura del ADN El ADN está organizado en cromosomas. En las células eucariotas los cromosomas son lineales, mientras que los organismos procariotas, como las bacterias, presentan cromosomas circulares. Para cada especie, el número de cromosomas es fijo. Por ejemplo, los seres humanos tienen 46 cromosomas en cada célula somática (no sexual), agrupados en 23 pares, de los cuales 22 son autosomas y un par es sexual. Una mujer tendrá un par de cromosomas sexuales XX y un varón tendrá un par XY. Cada cromosoma tiene dos brazos, ubicados por arriba y por debajo del centrómero. Cuando los cromosomas se duplican, previo a la división celular, cada cromosoma está formado por dos moléculas de ADN unidas por el centrómero, conocidas como cromátidas hermanas. El ADN se compone de dos cadenas, cada una formada por nucleótidos. Cada nucleótido, a su vez, está compuesto por un azúcar (desoxirribosa), un grupo fosfato y una base nitrogenada. Las bases nitrogenadas son cuatro: adenina (A), timina (T), citosina (C), y guanina (G), y siempre una A se enfrenta a una T y una C se enfrenta a una G en la doble cadena. Las bases enfrentadas se dice que son complementarias. El ADN adopta una forma de doble hélice, como una escalera caracol donde los lados son cadenas de azúcares y fosfatos conectadas por “escalones”, que son las bases nitrogenadas. La molécula de ADN se asocia a proteínas, llamadas histonas, y se encuentra muy enrollada y compactada para formar el cromosoma. Esta asociación de ADN y proteínas se conoce como cromatina. La cromatina puede estar enrollada en mayor o menor grado, dependiendo de la etapa en que se encuentra la célula; por ejemplo, cuando el ADN se ha duplicado antes de que la célula se divida, la cromatina se compacta en su mayor grado, y como resultado se pueden visualizar los cromosomas duplicados al microscopio como corpúsculos con forma de X. La doble hélice de ADN con las bases nitrogenadas complementarias que se ubican hacia dentro y establecen uniones no covalentes (o fuerzas de atracción) entre sí que mantienen la estructura de la molécula. Las desoxirribosas (azúcares) y los grupos fosfato constituyen las columnas de la molécula. Cuando la célula se divide, cada nueva célula que se forma debe portar toda la información genética, que determine sus características y funciones. Para eso, antes de dividirse, el ADN debe replicarse, es decir generar una copia de sí mismo. Durante la replicación, la molécula de ADN se desenrolla, separando sus cadenas. Cada una de éstas servirá como molde para la síntesis de nuevas hebras de ADN. Para eso, la enzima ADN-polimerasa coloca nucleótidos siguiendo la regla de apareamiento A-T y C-G. El proceso de replicación del ADN es semiconservativo, ya que al finalizar la duplicación, cada nueva molécula de ADN estará conformada por una hebra “vieja” (original) y una nueva. ¿Cómo se interpretan las instrucciones escritas en el ADN? La información está guardada en el ADN en el código de secuencia de bases A, T, C y G que se combinan para originar “palabras” denominadas genes. Los genes son fragmentos de ADN cuya secuencia nucleotídica codifica para una proteína. Es decir que a partir de la información “escrita” en ese fragmento de ADN se fabrica (sintetiza) un tipo particular de proteína. Aunque, en realidad, los genes también llevan la información necesaria para fabricar moléculas de ARN (ribosomal y de transferencia) que intervienen en el proceso de síntesis de proteínas. El ARN (ácido ribonucleico) es una molécula con una estructura similar al ADN. Un gen no es una estructura que se vea sino que se define a nivel funcional. Es una secuencia que va a empezar en algún lugar del ADN y va a terminar en otro. Para conocer un gen se secuencia, se determina la cantidad de los nucleótidos que lo forman y el orden en que se ubican. Todas las células de un organismo tienen el mismo genoma, o conjunto de genes. Pero, en cada célula se expresan los genes que se usan. Por ejemplo, aunque una célula de la piel tiene toda la información genética al igual que la célula del hígado, en la piel solo se expresarán aquellos genes que den características de piel, mientras que los genes que dan características de hígado, estarán allí “apagados”. Por el contrario, los genes que dan rasgos de “hígado” estarán activos en el hígado e inactivos en la piel. Lo que no se usa se encuentra mayormente compactado. Este empaquetamiento puede ser temporal o definitivo. La síntesis de proteínas Las proteínas son macromoléculas que cumplen funciones variadas. Hay proteínas estructurales, otras son enzimas, otras transportan oxígeno como la hemoglobina, hay proteínas involucradas en la defensa inmunitaria, como los anticuerpos, otras cumplen funciones de hormonas como la insulina, etc. Así como el ADN está compuesto a partir de nucleótidos, las proteínas están compuestas a partir de aminoácidos. Hay 20 aminoácidos diferentes, y cada proteína tiene una secuencia de aminoácidos particular. El proceso de síntesis de proteínas consta básicamente de dos etapas: la transcripción y la traducción. En la primera etapa, las “palabras” (genes) escritas en el ADN en el lenguaje de los nucleótidos se copian o transcriben a otra molécula, el ARN mensajero (ARNm). Luego, en la etapa siguiente, el ARNm se traduce al idioma de las proteínas, el de los aminoácidos. Este flujo de información se conoce como el “dogma central de la biología”.
