Lectura para aprender más 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: